Nghiên cứu quá trình thuỷ phân tinh bột khoai lang bằng phương pháp enzyme tạo tinh bột tiêu hoá chậm và isomaltooligosaccharide nhằm ứng dụng trong thực phẩm.

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

DƯƠNG HỒNG QUÂN

NGHIÊN CỨU QUÁ TRÌNH THUỶ PHÂN TINH BỘT
KHOAI LANG BẰNG PHƯƠNG PHÁP ENZYME TẠO
TINH BỘT TIÊU HOÁ CHẬM VÀ
ISOMALTOOLIGOSACCHARIDE
NHẰM ỨNG DỤNG TRONG THỰC PHẨM

LUẬN ÁN TIẾN SĨ CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM

HÀ NỘI – 2022


LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan luận án này là cơng trình nghiên cứu của tơi và người
hướng dẫn khoa học. Kết quả và số liệu trình bày trong luận án khơng trùng lặp với
các cơng trình khoa học đã được công bố.
Tôi xin cam đoan rằng mọi sự giúp đỡ cho việc thực hiện luận án đã được
cảm ơn, các thơng tin tham khảo được trích dẫn đầy đủ, chính xác và có nguồn gốc
rõ ràng.

Hà Nội, ngày tháng
Tập thể hướng dẫn

năm 2022

Nghiên cứu sinh

CBHD1: PGS. TS. Lương Hồng Nga

Dương Hồng Quân

CBHD2: PGS. TS. Vũ Thu Trang

2


LỜI CẢM ƠN

Tơi xin bày tỏ lịng kính trọng và cảm ơn sâu sắc tới giáo viên hướng dẫn:
PGS.TS. LƯƠNG HỒNG NGA và PGS. TS. VŨ THU TRANG đã tận tình
hướng dẫn, động viên, quan tâm và tạo mọi điều kiện giúp đỡ trong suốt q trìì̀nh
thực hiện và hồn thành luận án nghiên cứu.
Tôi xin cảm ơn các thầy cô giáo trong Viện Công nghê Sinh học và Công nghệ
Thực phẩm - Trường Đại học Bách khoa Hà Nội đã tạo mọi điều kiện thuận lợi
trong quá trình học tập, nghiên cứu, hồn thành và bảo vệ luận án.
Tơi cũng xin dành lời cảm ơn tới gia đình, đồng nghiệp, người thân đã ủng hộ,
động viên, giúp đỡ tôi hoàn thành bản luận án này.

Nghiên cứu sinh

Dương Hồng Quân

3


MỤC LỤC

4


DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT

Kí hiệu
và chữ viết
tắt
%w/w
×g

Từ tiếng Anh

Nghĩa tiếng Việt

% weight/ weight
Relative centrifugal force

Branching Enzyme
Blocked
p-nitrophenyl
BPNPG7
maltoheptaoside
cP
centipoise

Phần trăm khối lượng/ khối
lượng
Đơn vị tốc độ ly tâm

BE

CU

Ceralpha Unit

DE

Dextrose equivalent

DMSO

Dimethyl sulfoxide

DNS

3,5-Dinitrosalicylic acid

G1

Glucose

G10

Maltodecaose

G2

Maltose
Tổng hàm lượng G2, G3, G4,

G5, G6, G7, G8, G9, G10
Tổng hàm lượng G2, G3, G4,
G5, G6

G2-10
G2-6
G3

Maltotriose

G4

Maltotetraose

G5

Maltopentaose

G6

Maltohexaose

G7

Maltoheptaose

G8

Maltooctaose

G9

Maltononaose

GH
HLC

Đơn vị đo độ nhớt
Đơn vị hoạt độ enzyme alpha
amylase được xác định bằng
phương
pháp
Ceralpha,
Megazyme
Đương lượng dextrose

Glycoside Hydrolase
Giống khoai lang Hoàng Long
cũ, thu hoạch tại Việt Yên, Bắc
5


Giang
Giống khoai lang Hoàng Long
mới, thu hoạch tại Yên Dũng, Bắc
Giang

HLM
IMO

Isomaltooligosaccharide

IMO2

Isomaltose
Tổng hàm lượng IMO2, IMO3
và IMO4

IMO234
IMO3

Isomaltotriose

IMO4

Isomaltotetraose
Giống khoai lang Nhật, thu
hoạch tại Đà Lạt, Lâm Đồng
Giống khoai lang Nhật, thu
hoạch tại Gia Lai
Giống khoai lang Nhật ruột
trắng, thu hoạch tại Nam Trực,
Nam Định
Giống khoai lang Nhật ruột
vàng, thu hoạch tại Nam Trực,
Nam Định

NDL
NGL
NRT

NRV
PNPβG3
RAE

p-nitrophenyl-β–Dmaltotrioside
Retinol activity equivalents

RDS

Rapidly digestible starch

Tinh bột tiêu hóa nhanh

rpm

Revolutions per minute

vòng/ phút

RR

Reducing residue

Hàm lượng gốc khử

RS

Resistant starch

Tinh bột kháng tiêu hóa

RVA

Rapid Viscosity Analyzer

Máy phân tích độ nhớt nhanh

SDS

Slowly digestible starch

TC

Total Carbohydrate

Tinh bột tiêu hóa chậm
Hàm lượng carbonhydrate tổng

TLC
U

Đơn vị đo lường của vitamin A

số

Thin layer chromatography

Sắc ký bản mỏng

Unit

Đơn vị hoạt độ enzyme

6


DANH MỤC CÁC BẢNG

7


DANH MỤC CÁC HÌNH ẢNH, ĐỒ THỊ

MỞ ĐẦU
1. Tính cấp thiết của luận án
Khoai lang là cây lương thực truyền thống đứng thứ tư sau lúa, ngô, sắn và
đứng thứ hai về giá trị kinh tế sau khoai tây ở Việt Nam [1]. Khoai lang được chú
trọng canh tác ở khắp mọi nơi trên cả nước từ đồng bằng đến miền núi, duyên hải
miền Trung và vùng đồng bằng sông Cửu Long. Năm 2019, ước tính diện tích trồng
khoai lang khoảng 116,7 nghìn ha với sản lượng hơn 1,4 triệu tấn [2]. Khoai lang rất
giàu protein, carbohydrate, polyphenol, carotenoid và ít chất béo, nó cũng là nguồn
cung cấp chất chống oxy hóa tốt trong chế độ ăn hàng ngày [3]. Phần lớn khoai lang
Việt Nam được trồng để thu hoạch củ dùng làm thực phẩm ăn tươi, phục vụ xuất
khẩu, chế biến thực phẩm và chế biến thức ăn gia súc. Trong nghiên cứu và ứng
dụng, tinh bột khoai lang khoai lang được sử dụng chủ yếu như một nguyên liệu sản
xuất mì sợi và miến nhờ khả năng kết dính tốt và dễ dàng kết hợp với các thành
phần khác [4]. Bên cạnh đó, nó cịn có mặt trong các quy trình sản xuất tinh bột
biến tính có khả năng kháng tiêu hóa hay cịn gọi là tinh bột kháng (phần tinh bột
khơng bị tiêu hóa bởi hệ enzyme amylase trong ruột non và được lên men bởi hệ vi
sinh vật trong ruột già) [5]. Việc nâng cao giá trị kinh tế cho khoai lang vẫn còn rất

nhiều khả năng khai thác và cũng là bài toán cấp thiết cho một quốc gia phát triển
nông nghiệp như Việt Nam.
Các sản phẩm thực phẩm chức năng có nguồn gốc từ tinh bột là một hướng đi
tiềm năng lớn do tinh bột là nguồn nguyên liệu giá thành thấp, dễ dàng sản xuất quy
mơ lớn. Dựa trên mục đích dinh dưỡng, tinh bột trong thực phẩm được phân loại
thành tinh bột tiêu hóa nhanh (RDS), tinh bột tiêu hóa chậm (SDS) và tinh bột
kháng tiêu hóa (RS). Tinh bột tiêu hóa chậm (SDS) có khả năng giải phóng năng
lượng một cách chậm hơn đáng kể so với tinh bột tự nhiên [6] nhờ biến tính cấu
trúc thơng qua phương pháp vật lý, hóa học, enzyme hoặc kết hợp của các phương
pháp. Điển hình trong số đó là phương pháp sử dụng enzyme pullulanase khử nhánh
kết hợp xử lý thối hóa lặp lại mang lại hiệu suất tổng hợp SDS cao, an tồn cho
sức khỏe và thân thiện với mơi trường. Bên cạnh đó, isomaltooligosaccharides
(IMO) vốn được biết đến là thành phần prebiotics [7], sản xuất từ tinh bột tự nhiên
thông qua việc sử dụng kết hợp một số loại enzyme. Tinh bột tiêu hóa chậm và
isomaltooligosaccharides đang được tập trung nghiên cứu, phát triển và sản xuất với
sản lượng lớn trên thế giới do những đặc tính q báu mà nó mang lại [8] [9]. Đặc
biệt với những bệnh nhân tiểu đường, béo phì, cholesterol cao và các bệnh liên quan
đến đường ruột. Cả hai với những giá trị to lớn đã được chứng minh giúp cải thiện
sức khỏe con người một cách an tồn và hiệu quả. Trong cơng nghệ thực phẩm,
SDS được bổ sung vào thực phẩm chế biến giàu tinh bột nhằm điều chỉnh lượng
8


glucose giải phóng sau khi dung nạp vào cơ thể; IMO lại được thay thế như một
đường chức năng trong nhiều đồ uống, các sản phẩm từ sữa, bánh kẹo,… mang lại
nhiều lợi ích cho sức khỏe đường ruột, giảm năng lượng hấp thu mà không ảnh
hưởng đến cảm quan sản phẩm. Tuy nhiên, các cơng trình nghiên cứu trong nước
chưa quan tâm nhiều đến tạo ra SDS. Bên cạnh đó, tại Việt nam, một cơng trình duy
nhất đã cơng bố nghiên cứu về quy trình sản xuất IMO từ tinh bột sắn của TS. Đỗ
Trọng Hưng năm 2012 [10] mới dừng lại ở xác định tổng IMO mà chưa phân định

được các IMO thành phần, ngồi ra chưa có cơng trình nào nghiên cứu về quy trình
sản xuất IMO từ các loại tinh bột khác, cũng như từ tinh bột khoai lang nói riêng.
Do đó, đề tài “Nghiên cứu quá trình thuỷ phân tinh bột khoai lang bằng
phương pháp enzyme tạo tinh bột tiêu hoá chậm và isomaltooligosaccharide
nhằm ứng dụng trong thực phẩm” đã tiến hành nghiên cứu các đặc tính của tinh
bột các giống khoai lang Việt Nam và biến tính tinh bột khoai lang tạo SDS và IMO
nhằm giúp các nhà khoa học và nhà sản xuất có định hướng nghiên cứu và sản xuất
ứng dụng các sản phẩm này.
2. Mục tiêu nghiên cứu
- Xác định đặc điểm hình thái, cấu trúc và tính chất lý hố của tinh bột khoai lang
Việt Nam
- Nghiên cứu xác định phương pháp thu nhận tinh bột tiêu hóa chậm (SDS) từ tinh
bột khoai lang
- Nghiên cứu xác định phương pháp thu nhận isomaltooligosaccharide (IMO) từ tinh
bột khoai lang
- Đánh giá khả năng ứng dụng SDS và IMO trong sản xuất thực phẩm
3. Nội dung nghiên cứu
- Nghiên cứu đặc tính tinh bột khoai lang và khả năng thu hồi tinh bột của các giống
khoai Việt Nam
- Nghiên cứu điều kiện thu nhận SDS và đặc tính của SDS thành phẩm
- Nghiên cứu điều kiện thu nhận IMO và đặc tính của IMO thành phẩm
- Ứng dụng SDS và IMO trong sản xuất thực phẩm
4. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của luận án
a)Ý nghĩa khoa học
- Kết quả có hệ thống về tính chất hóa lý của tinh bột khoai lang các giống khoai
lang phổ biến ở Việt nam là đóng góp đáng tin cậy cho nguồn tư liệu khoa học về
các giống khoai lang Việt Nam
- Xác lập giải pháp cơng nghệ thu nhận tinh bột tiêu hóa chậm và
isomaltooligosaccharide từ tinh bột khoai lang Hoàng Long
- Kết quả nghiên cứu về tác động của các enzyme trong nghiên cứu sản xuất IMO đã

chỉ rõ hơn sự phân cắt và gắn nhánh trên mạch tinh bột khoai lang dưới tác dụng
của enzyme tạo ra những sản phẩm tương ứng khác nhau, là tiền đề giúp các nhà
nghiên cứu và sản xuất đánh giá rõ hơn về sản phẩm này.
- Kết quả nghiên cứu đã chỉ rõ kết hợp giữa enzyme và tác động nhiệt thấp làm thối
hóa tinh bột giúp làm tăng hàm lượng SDS từ tinh bột khoai lang.
b) Ý nghĩa thực tiễn

9


-

-

-

Nghiên cứu về tính chất lý hóa của tinh bột các giống khoai lang Việt Nam là cơ sở
giúp các nhà khoa học, nông nghiệp, sản xuất trong lựa chọn giống trồng trọt và chế
biến.
Tạo sản phẩm mới từ tinh bột khoai lang với các đặc tính có lợi sức khỏe, phù hợp
với xu thế thị trường thế giới, và là giải pháp giúp nâng cao giá trị thương mại cho
khoai lang Việt Nam
Kết quả nghiên cứu tạo IMO và SDS từ tinh bột khoai lang cùng các đặc tính của
chúng giúp các nhà sản xuất có sự lựa chọn phù hợp khi muốn sản xuất các sản
phẩm này hoặc ứng dụng những sản phẩm này vào sản xuất thực phẩm.
Kết quả của nghiên cứu là có thể là tài liệu tham khảo cho giảng dạy, nghiên cứu, là
cơ sở cho các thử nghiệm ứng dụng trong quy mô công nghiệp, từ đó đa dạng hóa
các con đường chế biến tạo thành phẩm có giá trị thương mại cao cho tinh bột khoai
lang nói riêng và củ khoai lang tươi Việt Nam nói chung.
5. Những điểm mới của luận án

Luận án là cơng trình nghiên cứu đầy đủ về các tính chất lý hóa và cấu trúc của tinh
bột các giống khoai lang Việt nam, là cơ sở giúp các nhà khoa học, nông nghiệp,
sản xuất trong lựa chọn giống trồng trọt và chế biến.
Luận án là cơng trình đầu tiên tại Việt nam đã đưa ra giải pháp công nghệ sản xuất
tinh bột tiêu hóa chậm (SDS) sử dụng enzyme kết hợp thối hóa, cụ thể là tinh bột
khoai lang. Đồng thời là cơng trình đầu tiên nghiên cứu về tính chất của SDS tại
Việt Nam.
Luận án là cơng trình đầu tiên đưa ra giải pháp cơng nghệ sản xuất IMO từ tinh bột
khoai lang tại Việt nam. Hỗn hợp isomaltooligosaccharide sản phẩm được tinh chế
và định lượng dựa vào HPLC-RID mang lại kết quả có độ chính xác cao.

10


CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN TÀI LIỆU
1.1. Tổng quan về cây khoai lang

1.1.1. Nguồn gốc của cây khoai lang
Khoai lang có tên La tinh là Ipomoea batatas (L.) Lam, thuộc họ Covolvulus,
chi Impomoea, loài Ipomoea batatas. Theo hầu hết các nguồn tài liệu, cây hai lá
mầm này có nguồn gốc và sự thuần hóa từ Trung Mỹ hoặc Nam Mỹ cách đây ít nhất
5000 năm [11]. Sau đó, khoai lang được đưa tới các vùng nhiệt đới, cận nhiệt đới
khác trên thế giới và trở thành cây lương thực phổ biến ở các đảo của Thái Bình
Dương [12]. Tàn tích lịch sử của khoai lang được các nhà khảo cổ học tìm thấy ở
Polynesia, do đó, giả thiết được đưa ra là người Polynesia cổ đại đã giao lưu với
những người ở bờ biển phía tây Nam Mỹ và mang khoai lang đến các đảo ở Thái
Bình Dương. Vào khoảng thế kỷ 16, cây khoai lang được du nhập vào Philippines
và Indonesia thông qua người dân, khách du lịch từ Tây Ban Nha và Bồ Đào Nha
[13]. Và sau đó, tiếp tục được các thương nhân địa phương, du khách châu Âu phân
phối sang phần còn lại của châu Á. Tại Trung Quốc, nơi có diện tích cây trồng này

lớn nhất thế giới hiện nay, khoai lang được du nhập từ Philippines đến Phúc Kiến
như một loại cây lương thực vào khoảng năm 1387 [14]. Khoai lang nhanh chóng
lan rộng khắp các nước châu Á, châu Mỹ La Tinh, châu Phi trong thế kỷ 17 và 18
do có khả năng thích nghi cao. Hiện nay, khoai lang được trồng rộng rãi trên khắp
các vùng nhiệt đới và ôn đới ấm áp [15].
1.1.2. Đặc điểm hình thái cây khoai lang
Khoai lang thuộc nhóm thực vật hai lá mầm, là cây thân thảo lâu năm. Thân
cây có màu xanh lục hoặc tía, dài 1,2 đến 8 mét tùy thuộc vào giống cây trồng. Cây
có hoa màu trắng hoặc tím, lá hình trái tim hoặc hình thùy xen kẽ nhau. Một số rễ
của chúng là củ giàu tinh bột và đường, đây là bộ phận quan trọng nhất của cây
[13].
Củ khoai lang có hình dạng và màu sắc khác nhau: dài và thon, hình trứng hoặc
tròn, tùy thuộc vào giống được trồng, vỏ nhẵn có màu vàng, cam, đỏ, nâu, tím và
trắng. Thịt củ có màu từ trắng đến kem nhạt, đỏ, hồng, tím, vàng, cam và tím (Hình
1.1) [13].

Hình 1.1: Màu sắc khác nhau của vỏ và ruột củ khoai lang [13]

Cấu tạo củ khoai lang gồm ba phần: vỏ lụa, vỏ cùi và thịt củ. Vỏ lụa gồm
11


những tế bào chứa sắc tố, cấu tạo thành tế bào chủ yếu là cellulose có tác dụng bảo
vệ củ hạn chế khỏi các tác động bên ngoài và hạn chế việc mất nước. Lớp vỏ cùi
gồm những tế bào thành mỏng chứa tinh bột, mủ (dịch thể) và nguyên sinh chất.
Thịt củ chứa các tế bào giàu tinh bột hơn tế bào ở vỏ củ. Do đó, khoai lang có thể
được dùng làm nguồn lương thực thay cho các loại cây lương thực chính khác như
gạo, lúa mì và ngô [16].
1.1.3. Giá trị dinh dưỡng của khoai lang
Khoai lang là cây trồng tiềm năng giúp ngăn ngừa và giảm thiểu tình trạng mất

an ninh lương thực, thiếu dinh dưỡng ở các nước đang phát triển và kém phát triển
nhờ có thành phần dinh dưỡng phong phú. Củ khoai lang rất giàu tinh bột, protein,
chất xơ, lipid, polyphenol, carotenoid, vitamin (B1, B2, B3, B5, B6, H, C, E) và các
nguyên tố khoáng (P, K, Ca, Mg, Fe, Zn, Na, Cu) (Bảng 1.1). Thành phần dinh
dưỡng của khoai lang thay đổi rất nhiều tùy thuộc vào yếu tố di truyền và điều kiện
ni trồng.
Carbohydrate là thành phần dinh dưỡng chính, chiếm 80 – 90% chất khô trong
củ khoai lang, bao gồm tinh bột, cellulose, hemicellulose, pectin và đường. Trong
đó, tinh bột chiếm 60 – 70% khối lượng khô, hoặc thấp hơn đáng kể [19]. Hàm
lượng tinh bột biến đổi tùy thuộc vào điều kiện trồng trọt cũng như đặc tính giống
cây [20]. Bên cạnh đó, tinh bột khoai lang cũng là ngun liệu phổ biến cho các q
trình biến tính vật lý và hóa học nhằm cải thiện đặc tính hóa lý và khả năng kháng
enzyme tiêu hóa trong cơ thể con người, biến tinh bột khoai trở thành chất phụ gia
chức năng được sử dụng rộng rãi trong thực phẩm [21], [22].
Bảng 1.1. Thành phần dinh dưỡng của khoai lang (tính trên 100 g củ khoai lang) [23]

Thành phần

Hàm lượng

Nước (g)

73,52 - 81,89

Carbohydrate (g)

20,12

Đường tự do (g)

4,18

Saccarose (g)

1,88 - 3,34

Glucose (dextrose) (g)

0,3 - 1,88

Fructose (g)

0,24 - 1,13

Tinh bột (g)

7,2 - 20,1

Chất xơ (g)

3

Protein (g)

1,37 - 1,99

Lipid (g)

0,02 - 0,15

Tro (g)

0,84 - 1,1

Canxi (mg)

24 - 40

Sắt (mg)

0,54 - 0,75

Magie (mg)

19 - 30
12


Thành phần

Hàm lượng

Phosphorus (mg)

38 - 62

Kali (mg)

282 - 370

Natri (mg)

21 - 107

Kẽm (mg)

0,25 - 0,37

Vitamin C, tổng acid ascorbic
(mg)

0,1 - 4,9

Vitamin B6 (mg)

0,183 - 0,247

Vitamin B9 (µg)

8,0 - 15,0

Carotene, beta (µg)

4030 - 16000

Carotene, alpha (µg)

0 - 133

Vitamin A, IU

14187

Vitamin K (phylloquinone) (µg)

1,5 - 2

Năng lượng (kcal)

86

Trong củ khoai lang tươi, thành phần đường chủ yếu là saccarose, glucose và
fructose. Trong đó, thành phần lớn nhất là saccarose, tiếp theo là glucose và fructose
với tổng hàm lượng dao động trong khoảng 0,38% đến 5,64% [24]. Tuy nhiên, sau
khi luộc hoặc nướng củ, tinh bột được thủy phân thành maltose, tạo nên hương vị
ngọt ngào cho củ đã nấu chín [25].
Các polysaccharide phi tinh bột hay chất xơ khoai lang bao gồm cellulose,
hemicellulose và pectin. Phân tích bột khoai lang cho thấy hỗn hợp chứa 49,7% chất
xơ, trong đó, pectin chiếm 39,5%, cellulose 33,6%, hemicellulose 23,4% và lignin
3,5% [26]. Chất xơ thực phẩm với rất nhiều lợi ích cho sức khỏe đường ruột, góp
phần phịng ngừa ung thư ruột kết, tiểu đường, bệnh tim và tình trạng béo phì. Do
đó, khoai lang được xem như một thực phẩm giúp tăng cường sức khỏe con người
[15].
Phần lớn protein dự trữ trong khoai lang là sporamin, chiếm 75–80% tổng
lượng protein trong củ [27] và rất giàu axit amin thiết yếu. Do đó, protein khoai
lang được cho là có chất lượng tương đồng với các protein thực vật chất lượng cao
khác [28]. Các kết quả về thành phần protein được nghiên cứu và báo cáo có hàm
lượng axit amin trong 100 g protein thay đổi đáng kể [30]. Nguyên nhân được đưa
ra bên cạnh sự khác nhau về giống cây trồng là tập quán canh tác và ảnh hưởng của
môi trường cũng tác động đến hàm lượng protein trong khoai lang [31].

Polyphenol là nhóm các hợp chất có hoạt tính sinh học, bảo vệ cơ thể con
người khỏi q trình oxy hóa đã được chứng minh là nguồn gốc gây ra bệnh tật như
ung thư, lão hóa và các vấn đề tim mạch. Trong khoai lang, hàm lượng polyphenol
cao gấp 2 đến 3 lần so với một số loại rau thông thường [32]. Dạng tồn tại chính của
polyphenol trong khoai lang gồm: Flavonoid và axit phenolic. Flavonoid được tìm
thấy trong củ khoai lang chủ yếu bao gồm anthocyanin, rutin và quercetin, một số
13


được tìm thấy trong ngọn cây khoai lang như glycosid quercetin. Axit phenolic
trong khoai lang bao gồm hỗn hợp axit caffeic và các dẫn xuất của axit
caffeoylquinic, thường có mặt ở lá, cuống lá, thân và củ khoai lang [33], [34].
Củ khoai lang rất giàu carotenoid, vitamin C và lượng vừa phải thiamin (B1),
riboflavin (B2) và axit pantothenic [15]. Hàm lượng carotenoid quyết định màu sắc
thịt củ khoai lang như trắng, kem, cam nhạt và cam đậm. Khoảng 90% carotenoid
trong khoai lang ruột cam là β-caroten [35]. Carotenoid trong khoai lang có vai trị
chống oxy hóa tốt và được sử dụng như một giải pháp khi thiếu hụt vitamin A.
1.1.4. Tình hình sản xuất và tiêu thụ khoai lang
Khoai lang là cây lương thực quan trọng đứng thứ bảy trên thế giới sau lúa, lúa
mì, khoai tây, ngơ, sắn và đứng thứ năm ở các nước đang phát triển [36]. Theo số
liệu thống kê của FAO năm 2019 [2], diện tích trồng khoai lang trên thế giới đạt
7,768 triệu ha; năng suất bình quân 11,82 tấn/ha và tổng sản lượng đạt 91,82 triệu
tấn vào năm 2019 (Hình 1.2).

Hình 1.2. Sản lượng khoai lang tại các châu lục trên thế giới năm 2019

Mặc dù nguồn gốc khoai lang xuất phát từ Châu Mỹ Latinh, nhưng châu Á hiện
là khu vực sản xuất khoai lang lớn nhất trên thế giới, với khoảng 60 triệu tấn được
sản xuất hàng năm. Trung Quốc là quốc gia sản xuất và nhà tiêu thụ khoai lang lớn
nhất thế giới (đạt sản lượng 52 triệu tấn vào năm 2019), với mục đích sử dụng làm

thực phẩm, thức ăn gia súc và chế biến (tinh bột và các sản phẩm khác). Bên cạnh
đó, mang tầm là một loại cây lương thực quan trọng, diện tích và sản lượng khoai
đang tăng lên nhanh chóng ở một số nơi trên thế giới. Ở châu Phi, cận Sahara, khoai
lang đang vượt xa tốc độ tăng trưởng của các mặt hàng chủ lực khác.
Ở Việt Nam, khoai lang là cây lương thực truyền thống đứng thứ tư sau lúa,
ngô, sắn và đứng thứ hai về giá trị kinh tế sau khoai tây [1]. Khoai lang được chú
trọng canh tác ở khắp mọi nơi trên cả nước từ đồng bằng đến miền núi, duyên hải
miền Trung và vùng đồng bằng sông Cửu Long. Năm 2019, ước tính diện tích trồng
khoai lang khoảng 116,7 nghìn ha với sản lượng hơn 1,4 triệu tấn [2]. Ở Việt Nam
hiện nay, khoai lang chủ yếu được trồng để thu hoạch củ dùng làm thực phẩm ăn
tươi, phục vụ xuất khẩu, chế biến thực phẩm (như tinh bột) và chế biến thức ăn gia
súc.
Tương tự, ở các nước khác trên thế giới, khoai lang được sử dụng rộng rãi với
mục đích làm lương thực, thực phẩm, làm rau cho người, làm thức ăn cho gia súc và
chế biến thành nhiều sản phẩm khác nhau trong ngành công nghiệp thực phẩm.
Theo số liệu thống kê của Tổ chức Lương thực - Nơng nghiệp thế giới (FAO) thì củ
khoai lang trên thế giới được sử dụng với các mục đích như sau: chế biến lương
thực chiếm 77%; thức ăn gia súc chiếm 13%; làm nguyên liệu chế biến chiếm 3%
và số bị thải loại, bỏ đi chiếm 6%.
Hiện nay, ngành công nghiệp thực phẩm đang phát triển mạnh trên thế giới,
14


trên thị trường đã xuất hiện nhiều sản phẩm thực phẩm từ khoai lang rất đa dạng và
phong phú như: khoai lang nghiền nhừ (pure), mứt ướt, khoai lang chiên, khoai lang
sấy, pha chế với bột mỳ để chế biến bánh mỳ, bánh ngọt, bánh xốp, bánh quy, mỳ
sợi, …[37]. Tuy nhiên, trên thị trường Việt Nam hiện nay, các sản phẩm thực phẩm
từ khoai lang chưa được đa dạng và phong phú.
1.1.5. Một số giống khoai phổ biến ở Việt Nam
(1) Khoai lang Hoàng Long

Khoai lang Hoàng Long là giống nhập nội từ Trung Quốc có tên là Tương bần
số 59. Năm 1960, KS. Quách Ngọc Ân - Cục Trồng trọt đã khảo nghiệm tại huyện
Hoàng Long (nay là huyện Gia Viễn và huyện Nho Quan), Ninh Bình. Cho đến nay,
do sở hữu nhiều đặc tính quý, khoai lang Hoàng Long đang được trồng phổ biến ở
nhiều vùng sản xuất trên cả nước.
Đặc điểm thực vật: khoai lang Hoàng Long có thân dài, bị trải, màu tím; lá
hình tim, màu xanh, lá ngọn có màu xanh tím; vỏ củ màu hồng nhạt, ruột củ màu
vàng, bở. Thời gian sinh trưởng: Vụ Xuân 100 - 120 ngày, vụ Đông 90 đến 100
ngày. Năng suất trung bình đạt 10 - 12 tấn/ha, thích hợp với đất pha cát nhẹ. Củ
khoai lang Hồng Long chứa hàm lượng chất khơ đạt 29,22%; hàm lượng tinh bột
đạt 25,10%; hàm lượng đường tổng số đạt 21,67% (Hình 1.3) [38].
Giống Hồng Long cho tỷ lệ củ thương phẩm cao. Tuy nhiên khả năng chịu rét
kém, hay bị sùng hà [39].
(2) Khoai lang Hưng Lộc 4 (HL4)
HL4 là giống khoai lang phổ biến ở vùng Đông Nam Bộ, có nguồn gốc Việt
Nam. HL4 được chọn lọc từ tổ hợp lai 3 (Gạo x Bí Đà Lạt) x Tai Nung 57 bởi Trung
tâm Nghiên cứu Nông nghiệp Hưng Lộc, Viện Khoa học Kỹ thuật Nông nghiệp
Miền Nam [39].
Bộ Nông nghiệp và PTNT công nhận giống năm 1987. Thời gian sinh trưởng
vụ Xuân 85 - 95 ngày; vụ Hè Thu và Thu Đông 90 đến 95 ngày; vụ Đông 80 đến 90
ngày. Năng suất củ tươi 18 – 33 tấn/ ha, thâm canh có thể đạt 230 tạ/ha. Giống HL4
có thân chính dài trung bình (110 cm), màu xanh. Lá chia thùy (3 - 5 khía nơng)
màu xanh, gân trên màu xanh, gân dưới màu tím. Tỷ lệ chất khô củ đạt 27-30%,
chất lượng củ luộc khá, vỏ củ màu đỏ, thịt củ màu cam đậm, dạng củ đẹp, dây xanh
phủ luống gọn, mức độ nhiễm sùng hà trung bình, nhiễm nhẹ sâu đục dây (Hình
1.3) [40].
(3) Khoai lang Nhật đỏ (HL518)
Giống HL518 do Trung tâm Nghiên cứu Thực nghiệm Nông nghiệp Hưng Lộc
chọn tạo và giới thiệu từ tổ hợp Kokey 14 polycross nguồn gốc Nhật Bản =
CIP92031 = HL518. Giống đã được Bộ Nông nghiệp và Phát triển Nông thôn công

nhận giống năm 1997. Hiện giống được sản xuất phổ biến ở các tỉnh phía Nam và
có mặt nhiều tại các siêu thị.
Thời gian sinh trưởng của giống HL518 thường khoảng 95 đến 110 ngày. Năng
suất củ tươi đạt 17-32 tấn/ha, tỷ lệ chất khô 27-30%, chất lượng củ luộc ngon, vỏ củ
15


màu đỏ đậm, thịt củ màu cam đậm, dạng củ đều đẹp, dây xanh tím, nhiễm nhẹ sùng,
hà và sâu đục dây (Hình 1.3) [40].
(4) Khoai lang Nhật vàng (Kokey 14)
Giống Kokey 14 có nguồn gốc Nhật Bản do Trung tâm Nghiên cứu Thực
nghiệm Nông nghiệp Hưng Lộc nhập nội năm 1997 từ Công ty FSA. Giống được
tuyển chọn và giới thiệu năm 2002, hiện là giống phổ biến trong sản xuất ở các tỉnh
Nam Bộ.
Thời gian sinh trưởng của giống Nhật vàng trung bình 110 đến 120 ngày. Năng
suất củ tươi 15 - 34 tấn/ha; tỷ lệ chất khô 29 - 31%, chất lượng củ luộc ngon, vỏ củ
màu đỏ, thịt củ màu vàng cam, dạng củ đều đẹp, dây xanh, nhiễm nhẹ sùng (Cylas
formicariu), sâu đục dây (Omphisia anastoMOalis), virus xoăn lá (feathery mottle
virus), bệnh đốm lá (Cercospora sp), bệnh ghẻ (scab) và hà khoai lang
(Condorus sp) (Hình 1.3). [40].
(5) Khoai lang Nhật tím (HL491)
Giống HL491 do Trung tâm Nghiên cứu Thực nghiệm Nông nghiệp Hưng Lộc
chọn tạo và giới thiệu từ tổ hợp Murasa Kimasari polycross nguồn gốc Nhật Bản
CN76-2 CIP/AVRDC. Giống đã được Bộ Nông nghiệp và Phát triển Nông thôn
công nhận giống năm 1997 và hiện nay được trồng phổ biến ở các tỉnh phía Nam.
Giống khoai Nhật tím có thời gian sinh trưởng 95 đến 110 ngày. Năng suất củ
tươi: 15-27 tấn/ha, tỷ lệ chất khô 27- 31%, chất lượng củ luộc khá, vỏ củ màu tía,
thịt củ màu tím đậm, dạng củ đều đẹp, dây xanh tím, nhiễm nhẹ sùng, hà và sâu đục
dây (Hình 1.3) [40].
(6) Khoai lang Nhật tím 1 (Murasa Kimasari)

Giống Murasa Kimasari có nguồn gốc Nhật Bản, do Trung tâm Nghiên cứu
Thực nghiệm Nông nghiệp Hưng Lộc nhập nội năm 1994 từ Công ty FSA. Giống
tuyển chọn và giới thiệu năm 2002, hiện được trồng ở vùng đồng bằng sông Cửu
Long.
Thời gian sinh trưởng nằm trong khoảng 105 đến 110 ngày. Năng suất củ tươi:
10 - 22 tấn/ha, tỷ lệ chất khô 27-30%, chất lượng củ luộc khá ngon, vỏ củ màu tím
sẫm, thịt củ màu tím đậm, dạng củ đều đẹp, dây tím xanh, nhiễm nhẹ sùng và sâu
đục dây (Hình 1.3) [40].
(7) Khoai lang Nhật trắng (HL284)
HL284 thuộc nhóm giống khoai lang tỷ lệ chất khơ cao, nhiều bột. Nguồn gốc
AVRDC (Đài Loan) /Nhật Bản. Giống do Trung tâm Nghiên cứu Thực nghiệm
Nông nghiệp Hưng Lộc nhập nội, tuyển chọn và đề nghị khảo nghiệm năm 2000.
Thời gian sinh trưởng 90-105 ngày. Năng suất củ tươi 18 – 29 tấn/ ha, tỷ lệ chất khô
28-31%, chất lượng củ luộc khá, độ bột nhiều hơn độ dẻo, vỏ củ màu trắng, thịt củ
màu trắng kem, dạng củ đều, dây xanh, nhiễm sùng và sâu đục dây trung bình (Hình
1.3) [40].
(8) Khoai lang KB1
KB1 là giống khoai lang hiện đang phát triển ở vùng đồng bằng sông Hồng.
16


Được chọn lọc từ tổ hợp lai tự nhiên của giống mẹ Regal có nguồn gốc từ Mỹ do
Viện Cây Lương thực Cây Thực phẩm tuyển chọn và giới thiệu. Bộ Nông nghiệp và
PTNT đã công nhận giống năm 2002. Khoai lang KB1 có thời gian sinh trưởng 100
- 130 ngày, năng suất củ tươi 22 – 32 tấn/ha, tỷ lệ chất khơ 27-29%. Chất lượng củ
tương đương Hồng Long, vỏ củ màu hồng cam, thịt củ màu cam đậm, dạng củ hơi
trịn, dây xanh, ngọn tím, nhiễm sùng và sâu đục dây trung bình (Hình 1.3) [39].

Hình 1.3: Các giống khoai lang phổ biến được tại Việt Nam
(a. Khoai lang Hoàng Long; b. Khoai lang Hưng Lộc 4; c. Khoai lang Nhật đỏ; d. Khoai

lang Nhật tím; e. Khoai lang Nhật trắng; f. Khoai lang KB1)
1.2.

Tổng quan về tinh bột khoai lang

1.2.1. Hình dạng và kích thước của hạt tinh bột khoai lang
Tinh bột khoai lang có hình đa giác hoặc hình trịn, một phần hình bầu dục và
hình chng, với kích thước nằm trong khoảng 2 - 42 µm, một số tinh bột khoai
lang Pháp có kích thước nằm trong khoảng 4 - 40 µm, trong khi một số giống Hàn
Quốc có kích thước 14 - 30 µm [41]. Hình dạng tinh bột một số giống khoai Việt
Nam được quan sát bởi nhóm tác giả Bảo Ngọc cùng cộng sự (2017) [5] có hình
trịn và hình đa giác, với kích thước nhỏ hơn 50 µm (Hình 1.4).

Hình 1.4. Hình ảnh SEM của tinh bột một số giống khoai lang Việt Nam. WSPS: tinh bột
khoai lang trắng, YSPS: tinh bột khoai lang vàng và PSPS: tinh bột khoai lang tím [5]

Các loại tinh bột khoai lang khác nhau có kích thước hạt khác nhau, và kích
thước hạt của chúng cũng tăng dần theo sự phát triển và trưởng thành của cây khoai
17


lang [42]. Ngồi ra, độ trương nở, độ hịa tan và khả năng tiêu hóa cũng bị ảnh
hưởng bởi kích thước hạt tinh bột khoai lang. Các hạt tinh bột lớn có khả năng
trương nở và độ hịa tan lớn hơn, tuy nhiên khả năng tiêu hóa giảm đáng kể [43].
1.2.2. Cấu trúc của tinh bột khoai lang
Hạt tinh bột có đặc tính lưỡng chiết được quan sát dưới kính hiển vi phân cực,
cho thấy sự có mặt của cấu trúc tinh thể và sự sắp xếp xuyên tâm của các phân tử
trong hạt tinh bột [44]. Tinh bột có cấu trúc bán tinh thể, bao gồm hai phần kết tinh
và vơ định hình. Vùng vơ định hình tương ứng với vùng điểm nhánh của phân tử
amylopectin, trong khi vùng tinh thể được tạo thành từ cụm các chuỗi amylopectin

(Hình 1.5) [45]. Các cụm amylopectin này (vùng tinh thể) được hình thành nhờ
tương tác xoắn kép giữa các chuỗi mạch nhánh amylopectin liền kề và hình thành
tính chất bán tinh thể của hạt tinh bột. Thêm vào đó, amylose chủ yếu tạo nên các
vùng vơ định hình được phân bố ngẫu nhiên giữa các nhóm amylopectin. Lớp vơ
định hình phân tách các tinh thể với nhau [46].
Hạt tinh bột bao gồm hai polysaccharide chính là amylose và amylopectin.
Cả hai được cấu tạo từ chuỗi gốc D-glucose liên kết α- 1,4 glycosidic, chúng liên
kết với nhau thông qua liên kết α- 1,6 glycosidic và hình thành các nhánh trong
phân tử polyme [47]. Trong đó, amylopectin là một phân tử phân nhánh lớn và là
thành phần chính trong hầu hết các loại tinh bột (chiếm khoảng 70 - 80%). Tỷ lệ
phần trăm của liên kết α- 1,6 glycosidic trong amylopectin khoảng 4–6% [48].
Amylose chiếm phần nhỏ trong các hạt tinh bột, được định nghĩa là một phân tử
tuyến tính của α- D- glucose liên kết α- 1,4 glycosidic, một số điểm trên mạch
amylose có chứa nhánh với tỷ lệ thấp liên kết α- 1,6 glycosidic thấp (nhỏ hơn 1%).
Sự hiện diện của các nhánh khơng làm thay đổi tính chất của chuỗi amylose so với
chuỗi amylose tuyến tính nghiêm ngặt [49].
Dựa trên phân tích nhiễu xạ tia X, tinh bột tự nhiên được phân loại thành 3 loại
A, B và C thể hiện sự khác biệt về cách sắp xếp và chiều dài của các chuỗi
amylopectin. Tinh bột khoai lang thường được phát hiện với cấu trúc loại A và một
số thuộc loại C [50]. Mạch nhánh phân tử amylopectin ngắn có mặt nhiều trong tinh
bột loại A, ngược lại, mạch nhánh amylopectin dài ưu tiên hình thành các cấu trúc
kiểu B [51]. Các tinh bột có kiểu tinh thể A dễ bị tấn công bởi enzyme α-amylase
hơn so với kiểu tinh thể B [52].

18


Hình 1.5. Cấu trúc kiểu A và kiểu B của tinh bột

(1) Amylose

Các phân tử amylose bao gồm các chuỗi đơn với 500 đến 20000 đơn vị
glucose, rất ít nhánh và các nhóm photphate liên kết được tìm thấy [53]. Hàm lượng
của amylose có tác động lớn tới tính chất hóa lý và khả năng ứng dụng của tinh bột
[54]. Phần lớn amylose thuộc phần vơ định hình trong hạt và tương tác với các
chuỗi amylopectin làm hạn chế quá trình trương nở. Trong quá trình làm nguội hồ
tinh bột, amylose trong dịch nhanh chóng bị kết tụ lại bằng liên kết hydro. Quá trình
tái liên kết của amylose gây ra độ nhớt và thối hóa ngắn hạn [54]. Hàm lượng
amylose cũng có liên quan tới độ nhạy của enzyme, thơng số hồ hóa và nhiệt, cũng
như tính chất trương nở và hịa tan của tinh bột khoai lang [58].

Hình 1.6. Một đoạn trisaccharide của phân tử amylose

Mức độ trùng hợp của amylose trong tinh bột khoai lang trong khoảng 3025
đến 4100 [54]. Có nhiều nghiên cứu về trọng lượng phân tử của amylose trong tinh
bột khoai lang. Theo đó, trọng lượng phân tử trung bình của amylose tinh bột khoai
lang Uganda dao động từ 367.000 đến 521.000 [58]), tinh bột khoai lang Indonesia
có trọng lượng phân từ từ 83.000 đến 141.000 [59].
(2) Amylopectin
Trọng lượng phân tử của amylopectin khoai lang khoảng 1,77.10 8. Độ trùng
hợp (DP) trung bình là 9900, trong đó DP của amylopectin lớn, trung bình và nhỏ
19


được ước tính lần lượt là 19200, 5400 và 900 [60].Cấu trúc amylopectin phức tạp
hơn nhiều so với amylose do chứa từ 4% đến 5% α- 1,6 glycosidic hình thành các
nhánh trong phân tử. Cấu trúc amylopectin được phân loại thành ba loại chuỗi mạch
được ký hiệu là A, B và C với các đặc điểm xác định được thể hiện trên Hình 1.7.
Đầu khử của chuỗi A liên kết với chuỗi B hoặc C thông qua liên kết α-1,6
glycosidic; chuỗi B liên kết với một hoặc nhiều chuỗi A, đầu khử của chuỗi B liên
kết với chuỗi C thông qua liên kết α- 1,6 glycosidic; C là chuỗi mạch chính chứa

nhóm khử duy nhất [41].
Amylopectin trong khoai lang có chiều dài trung bình từ 6 đến 45 gốc glucose
trong một chuỗi nhánh. Trong đó, chiều dài chuỗi trung bình từ 6 đến 10, từ 11 đến
15, từ 16 đến 20, từ 21 đến 30 và từ 30 đến 45 đơn vị glucose có tỷ lệ tương ứng là
12,4% - 15,2%, 33,2% - 33,8%, 22,9% - 24,6%, 21,1% - 23,0% và 6,3% - 7,1%
[58].

Hình 1.7. Cấu trúc amylopectin.
(A) Cấu trúc chung của amylopectin; (B) vùng vơ định hình và kết tinh của cấu trúc
amylopectin; (C) định hướng của các phân tử amylopectin trong mặt cắt ngang của một
hạt lý tưởng hóa; (D) cấu trúc xoắn kép tạo vùng kết tinh trong hạt tinh bột.

1.2.3. Tính chất của tinh bột khoai lang
(1) Tính hịa tan
Tinh bột ở điều kiện thường khơng tan trong nước, do vậy, nó tồn tại lượng lớn
trong tế bào mà không ảnh hưởng tới áp suất thẩm thẩu. Amylose khi mới tách ra
khỏi hạt tinh bột có khả năng hịa tan tốt trong nước. Amylopectin có thể tan trong
nước ấm. Khi phân tán trong môi trường cồn, tinh bột bị kết tủa [61].
Khả năng hòa tan trong nước của tinh bột khoai lang nằm trong khoảng từ
1,5% đến 13,65% với nhiệt độ 85°C [55], [62], [63]. Khả năng hòa tan của một số
tinh bột khoai lang thương mại được sản xuất ở Peru đạt 28% [64]. Nhìn chung, tinh
20


bột khoai lang có khả năng hịa tan thấp hơn tinh bột khoai tây và sắn khi cùng điều
kiện nhiệt độ từ 60 đến 90oC [65] [43]. Khả năng hòa tan thấp hơn được giải thích
do kích thước các hạt tinh bột khoai lang nhỏ hơn, liên kết trong hạt mạnh và phân
tử chứa ít nhóm photphat hơn. Hàm lượng photpho nhỏ (0,02%) và chủ yếu ở dạng
monoester photphat (0,02%) trong tinh bột khoai lang cũng ảnh hưởng đến tính chất
hóa lý và chức năng khác của tinh bột khoai lang [66].

Khi nhiệt độ tăng, khả năng hòa tan của tinh bột cũng tăng. Ở các khoảng nhiệt
độ nằm dưới 60oC, độ hòa tan của tinh bột từ khoai lang từ các giống khác nhau là
khác nhau nhưng khơng có sự khác biệt đáng kể. Tuy nhiên, khi nhiệt độ cao hơn
60oC, độ hịa tan có sự khác biệt rõ rệt [67].
(2) Khả năng trương nở
Một tính chất quan trọng của tinh bột quyết định đến chức năng của nó là khả
năng hút nước, dẫn tới q trình hồ hóa và phá vỡ cấu trúc hạt. Hiện tượng này gọi
là sự trương nở của hạt tinh bột. Khả năng trương nở càng lớn thì khả năng hịa tan
của tinh bột càng lớn.
Khả năng trương nở của tinh bột khoai lang kém hơn so với tinh bột khoai tây
và sắn, khoảng 32,5 đến 50 ml/g, cho thấy lực nội phân tử khá mạnh [68]. Độ
trương nở là khác nhau đối với tinh bột từ các giống khoai lang khác nhau và đối
với tinh bột có cùng giống nhưng ở các điều kiện nhiệt độ khác nhau [62].
Độ trương nở của tinh bột khoai lang bị ảnh hưởng bởi khối lượng phân tử và
hình dạng phân tử của amylopectin. Càng nhiều amylopectin có chuỗi nhánh từ 6
đến 9 gốc glucose thì khả năng trương nở của hạt tinh bột càng lớn, trong khi càng
nhiều amylopectin có chuối nhánh từ 12 đến 22 gốc glucose thì khả năng trương nở
càng nhỏ [67]. Ngược lại, phân tử amylose và lipid lại có xu hướng làm chậm q
trình trương nở này [69].
(3) Sự hồ hóa
Khi đun nóng trong điều kiện có nước, tinh bột hấp thụ nước và trương nở. Ở
điều kiện nhiệt độ dưới nhiệt độ hồ hóa, q trình này là thuận nghịch nhờ cấu trúc
bán tinh thể ổn định, độ hút nước thường nhỏ hơn 40%. Tiếp tục đun nóng, q
trình hấp thụ nước tiếp tục diễn ra, dẫn đến phá vỡ cấu trúc hạt và làm rối loạn tổ
chức các chuỗi. Sự thay đổi này là bất thuận nghịch và được gọi là “hồ hóa” [41].
Hàm lượng nước, tỷ lệ giữa amylose và amylopectin, cấu trúc của amylose và
amylopectin, sự có mặt của thành phần phụ (ví dụ: photpho và chất béo), mơi
trường (ví dụ: áp suất, tốc độ gia nhiệt) cũng ảnh hưởng lớn đến những thay đổi vật
lý của tinh bột trong quá trình gia nhiệt [54], [70]. Các yếu tố môi trường như nhiệt
độ cũng ảnh hưởng đến nhiệt độ hồ hóa (nhiệt độ mơi trường càng cao, nhiệt độ hồ

hóa càng cao) [71], [72]. Nhiệt độ hồ hóa của tinh bột khoai lang trong khoảng 58
đến 84°C [57].
Enthalpy hồ hóa của tinh bột khoai lang có liên quan đến thành phần
amylopectin, liên kết nội phân tử, gen di truyền và các yếu tố môi trường. Giá trị
enthalpy của tinh bột khoai lang nằm trong khoảng từ 7,8 đến 15,5 J/g. Amylopectin
của khoai lang là thành phần chính trong vùng kết tinh của tinh bột, hàm lượng
21


amylopectin càng cao thì enthalpy càng lớn [59]. Enthalpy hồ hóa cũng bị ảnh
hưởng đáng kể bởi các giống khác nhau và các điều kiện trồng khác nhau [73].
Ngoài ra, enthalpy hồ hóa của tinh bột từ khoai lang trong thời kỳ đầu sinh trưởng
thấp, từ 11,8 đến 13,4 J/g [42], trong khi hoãn ngày thu hoạch lại làm tăng enthalpy
hồ hóa của tinh bột khoai lang.
(4) Độ trong của hồ tinh bột
Tinh bột hồ hóa thường có một độ trong nhất định, làm tăng giá trị cảm quan
của thực phẩm. Sau q trình hồ hóa cho thấy tinh bột nếp các loại cho độ trong cao
hơn so với các giống tẻ. Độ trong của hồ tinh bột được thể hiện thơng qua tỷ lệ ánh
sáng ở bước sóng 650 nm truyền qua dịch hồ tinh bột 1%, phụ thuộc vào thành phần
và cấu trúc của chúng [74].
(5) Khả năng tạo gel
Sau khi hồ hóa tinh bột và để nguội, các phân tử sẽ tương tác nhau và sắp xếp
một cách có trật tự, tạo thành gel tinh bột với cấu trúc mạng 3 chiều. Để tạo được
gel thì dung dịch tinh bột phải có nồng độ nhất định, chuyển tinh bột thành trạng
thái hịa tan bằng hồ hóa và sau đó để nguội ở trạng thái tĩnh. Gel tinh bột chứa các
liên kết hydro nối trực tiếp các mạch polyglucoside hoặc gián tiếp qua phân tử
nước. Khác biệt trong cấu trúc phân tử tinh bột như độ trùng hợp trung bình (DP)
của amylose, chiều dài mạch nhánh (CL) trung bình của amylopectin là những yếu
tố chính dẫn đến sự khác nhau trong kết cấu và các đặc tính cơ học của gel. Tinh bột
khoai lang nhìn chung có gel cứng hơn và độ dính cao hơn tinh bột dền nhưng mềm

hơn tinh bột khoai tây [55].
(6) Sự thối hóa gel
Sự thối hóa gel là q trình liên kết và sắp xếp lại trật tự của AM và AP trong
tinh bột hồ hóa thơng qua liên kết hydro [70]. Trong thời gian bảo quản, q trình
thối hóa trước tiên xảy ra do sự định hướng lại các phân tử amylose thành các
đường thẳng song song. Nếu tiếp tục kéo dài thời gian bảo quản, các nhánh ngoài
của amylopectin cũng dần chuyển sang trạng thái tái kết tinh. Amylopectin tái kết
tinh trong gel có thể được hồ hóa lại ở 55°C, trong khi đối với amylose sau thối
hóa, nhiệt độ hồ hóa lại lên tới 130°C [75].
Tính chất thối hóa của tinh bột bị tác động chính bởi nồng độ amylose và
amylopectin trong tinh bột. Hàm lượng amylose và lipid trong tinh bột khoai lang
tương đối thấp, do đó tinh bột khoai lang cho thấy tỷ lệ thối hóa từ thấp đến trung
bình [76]. Tốc độ thối hóa và mức độ thối hóa của tinh bột khoai lang tăng khi
hàm lượng amylose tăng lên. Sự gia tăng chuỗi nhánh amylopectin chứa 12-14 đơn
vị glucose làm tốc độ thối hóa tăng, trong khi sự gia tăng chuỗi nhánh ngắn (9-11
đơn vị glucose/chuỗi) làm tốc độ thối hóa lại giảm đáng kể [59].

22


Hình 1.8: Giản đồ biểu diễn những thay đổi xảy ra trong hỗn hợp tinh bột và nước trong
quá trình đun nóng, làm lạnh và bảo quản.
(I) Hạt tinh bột tự nhiên; (II) Hồ hóa, bao gồm sự trương nở [a] và rửa trôi amylose và
phá vỡ một phần hạt [b], dẫn đến sự hình thành hồ tinh bột; (III) Thối hóa: hình thành
mạng lưới amylose (tạo gel) trong q trình làm nguội hồ tinh bột [a] và hình thành các
phân tử amylopectin có trật tự hoặc tinh thể (thối hóa amylopectin) trong q trình bảo
quản [b].

Bên cạnh đó, amylose trong tinh bột khoai lang được cho rằng chứa nhiều
nhánh hơn so với sắn, khoai tây, lúa mì, ngơ và có trọng lượng phân tử cao hơn ngơ,

lúa mì, sắn nhưng nhỏ hơn khoai tây. Đây là lý do dẫn đến sự thối hóa chậm hơn
của amylose tinh bột khoai lang [57]. Takeda và cộng sự (1987) [77] cũng phát hiện
70% amylose tinh bột khoai lang có phân nhánh so với 42% trong tinh bột sắn và
27% trong tinh bột lúa mì. Thối hóa gel thường được kích thích bởi nồng độ tinh
bột cao, nhiệt độ bảo quản thấp và giá trị pH từ 5 đến 7. Các muối của anion và
cation hóa trị một có thể làm chậm quá trình thối hóa [78].
(7) Phản ứng thủy phân
Tinh bột có thể bị thủy phân bởi tác nhân hóa học hoặc enzyme hoặc đồng thời
cả hai. Q trình thủy phân hóa học thường diễn ra khi đun nóng tinh bột với sự có
mặt của nước hoặc axit clohydric lỗng. Q trình thủy phân bằng enzyme thường
sử dụng α-amylase, β- amylase, ngoài ra cịn có γ- amylase và các enzyme khử
nhánh. Đây cũng là quá trình thường xảy ra trong đường tiêu hóa khi tiêu hóa tinh
bột [79].
Sản phẩm của q trình thủy phân tinh bột bao gồm dextrin hoặc maltodextrin,
maltose và glucose. Khả năng thủy phân của tinh bột bị ảnh hưởng bởi sự tương tác
của nhiều yếu tố như nguồn tinh bột, kích thước hạt, tỷ lệ amylose và amylopectin,
độ kết tinh, loại tinh thể (A, B, C), phức chất amylose-lipid, loại enzyme và điều
kiện thủy phân (nồng độ, pH, nhiệt độ và thời gian) [82].
Bouwkamp (1985) [82] đã báo cáo mối tương quan nghịch giữa kích thước hạt
của các giống khoai lang và khả năng thủy phân với α-amylase và axit. Khoai lang
23


và ngô đều chứa lượng lớn tinh bột kháng axit, tuy nhiên, trong tinh bột khoai lang,
nó được thủy phân với tốc độ nhanh hơn so với các tinh bột khác.
Các loại tinh bột có bề mặt xốp, như tinh bột ngô, dễ bị thủy phân hơn so với
các loại có bề mặt nhẵn như tinh bột sắn [83]. Các hạt có đường kính nhỏ dễ bị ảnh
hưởng bởi các enzym hơn các hạt có đường kính cao hơn do diện tích bề mặt của
chúng cao hơn [81]. Trong nghiên cứu khác của Rocha và cộng sự (2010) [84], tinh
bột khoai lang có khả năng bị tác động trong phản ứng với enzyme dễ dàng hơn

nhiều so với tinh bột khoai tây nhưng kém hơn tinh bột sắn.
(8) Phản ứng tạo phức
Thành phần mạch thẳng của tinh bột bao gồm amylose và phần nhỏ mạch thẳng
chuỗi bên amylopectin có thể tạo phức với một số thành phần khác trong thực phẩm
như iốt, rượu, axit béo và este của chúng, chất nhũ hóa và các hợp chất hương [85],
[86]. Amylose có khả năng tạo phức xoắn với nhiều chất hữu cơ và vô cơ, trong khi
amylopectin chỉ tạo phức ở mức độ yếu hoặc khơng. Khi hình thành, các thành phần
tạo phức được cuốn vào trong trục rỗng của cuộn xoắn amylose [87] (Hình 1.9).

Hình 1.9. Mơ hình đề xuất tạo phức của amylose và (A) iốt, (B) axit béo
1.3.

Các sản phẩm của quá trình thủy phân tinh bột khoai lang và tiềm năng ứng dụng trong
sản xuất thực phẩm

Tinh bột khoai lang là nguồn nguyên liệu được sử dụng phổ biến trong sản
xuất mì sợi và miến nhờ khả năng kết dính tốt và dễ dàng kết hợp với các thành
phần khác. Ngoài ra, trong các nghiên cứu và ứng dụng hiện nay, tinh bột khoai
lang được biến tính nhờ xúc tác enzyme để thu được các đặc tính mong muốn, điển
hình là các quy trình sản xuất tinh bột kháng tiêu hóa (RS).
Tinh bột vi xốp (Sweet Potato Microporous Starch) là một loại tinh bột biến
tính có đặc tính kháng tiêu hóa. Tinh bột khoai lang được xử lý bằng phương pháp
thủy phân bởi axit hoặc enzyme, gây ra sự phân cắt các liên kết phân tử và hình
thành lỗ nhỏ trên bề mặt hạt tinh bột, từ đó làm thay đổi tính chất hấp phụ sẵn có.
24


So với tinh bột tự nhiên, khả năng hấp thụ nước và hấp thụ dầu, mức độ thối hóa
gel, độ bền liên kết, tính kháng axit và độ ổn định khi làm lạnh- rã đơng của tinh bột
biến tính được cải thiện đáng kể [67].

1.3.1. Tinh bột tiêu hóa chậm (SDS): thu nhận và tiềm năng ứng dụng trong sản
xuất thực phẩm
(1) Khái niệm, vai trò và thị trường của SDS
Khả năng tiêu hóa tinh bột có thể được đánh giá giả lập bằng cách định lượng
các phần tinh bột quan trọng theo phương pháp của Englyst và cộng sự (1992) [88].
Dựa trên mục đích dinh dưỡng, tinh bột trong thực phẩm được phân loại thành tinh
bột tiêu hóa nhanh (RDS), tinh bột tiêu hóa chậm (SDS) và tinh bột kháng tiêu hóa
(RS), đặc điểm cụ thể của các loại tinh bột này là:
Tinh bột tiêu hóa nhanh (RDS): phần tinh bột được tiêu hóa trong vịng 20
phút, gây ra sự gia tăng nhanh chóng lượng đường trong máu, giải phóng insulin với
hàm lượng cao, do đó nó gây ra các biến chứng có hại cho sức khỏe như bệnh tiểu
đường, bệnh tim mạch…
Tinh bột tiêu hóa chậm (SDS): phần tinh bột được tiêu hóa trong khoảng thời
gian từ 20 phút đến 120 phút, do được tiêu hóa chậm rãi, duy trì giải phóng lượng
đường vào máu thấp và ổn định, có thể ngăn ngừa các bệnh đường huyết, tim
mạch…
Tinh bột kháng tiêu hóa (RS): phần tinh bột khơng bị tiêu hóa sau 120 phút,
chúng khơng bị tiêu hóa ở ruột non, lên men ở ruột già và được chứng minh là có
ảnh hưởng tốt đối với sức khỏe con người.
Hiện nay, sự trao đổi carbohydrate hay hấp thu glucose sau bữa ăn nhận được
nhiều sự quan tâm từ người tiêu dùng do liên quan trực tiếp tới các vấn đề sức khỏe
con người. Một thông số phổ biến được dùng để đo lường những ảnh hưởng này là
chỉ số đường huyết Glycemic Index (GI), nó được định nghĩa là phần diện tích gia
tăng dưới đường cong hàm lượng glucose trong máu sau khi ăn [89]. Theo Jenkins
và các cộng sự (2002) [90], bữa ăn có chỉ số GI thấp có mối liên hệ với việc giảm
nguy cơ của bệnh tiểu đường và bệnh tim mạch. Mối liên hệ có tính tích cực này
cũng được tìm thấy trong mối liên hệ giữa GI và nguy cơ mắc ung thư vú hay ung
thư đường ruột. Tinh bột SDS được tiêu hóa chậm qua ruột non và giải phóng một
lượng glucose vào máu với tốc độ thấp, do đó, tinh bột tiêu hóa chậm (SDS) cho chỉ
số đường huyết (GI) từ thấp đến trung bình (Hình 1.10). Thực phẩm có chứa tinh

bột tiêu hóa chậm có chỉ số GI giảm so với thực phẩm thơng thường chứa tinh bột
tiêu hóa nhanh [91]. Chính vì lí do đó, SDS đã được chứng minh giúp duy trì
insullin trong máu thấp, giảm nguy cơ mắc bệnh tiểu đường tuýp 2, thừa cân và béo
phì [90].

25