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
ISOMALTOOLIGOSACCHARI
DE NHẰM ỨNG DỤNG
TRONG THỰC PHẨM

LUẬN ÁN TIẾN SĨ CÔNG
NGHỆ THỰC PHẨM


HÀ NỘI – 2022

download by :

m


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
ISOMALTOOLIGOSACCHARI
DE NHẰM ỨNG DỤNG
TRONG THỰC PHẨM

LUẬN ÁN TIẾN SĨ CÔNG NGHỆ
THỰC PHẨM Ngành: Công nghệ thực
phẩm Mã số: 9540101

Người hướng dẫn khoa học
1. PGS. TS. LƯƠNG HỒNG NGA
2. PGS. TS. VŨ THU TRANG


Hà Nội – 2022

download by :

m


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

i

download by :


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

ii

download by :


MỤC LỤC
MỤC LỤC...............................................................................................................iii
DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT............................................... vi
DANH MỤC CÁC BẢNG..................................................................................... viii
DANH MỤC CÁC HÌNH ẢNH, ĐỒ THỊ................................................................. x
MỞ ĐẦU................................................................................................................... 1
1.

Tính cấp thiết của luận án.............................................................................. 1

2.

Mục tiêu nghiên cứu...................................................................................... 2

3.

Nội dung nghiên cứu...................................................................................... 2

4.

Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của luận án..................................................... 2

5.

Những điểm mới của luận án......................................................................... 3

CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN TÀI LIỆU.................................................................... 4
1.1. Tổng quan về cây khoai lang.......................................................................... 4
1.1.1. Nguồn gốc của cây khoai lang................................................................. 4
1.1.2. Đặc điểm hình thái cây khoai lang........................................................... 4
1.1.3. Giá trị dinh dưỡng của khoai lang........................................................... 5
1.1.4. Tình hình sản xuất và tiêu thụ khoai lang................................................ 7
1.1.5. Một số giống khoai phổ biến ở Việt Nam................................................ 8
1.2.

Tổng quan về tinh bột khoai lang............................................................. 10

1.2.1. Hình dạng và kích thước của hạt tinh bột khoai lang.............................10
1.2.2. Cấu trúc của tinh bột khoai lang............................................................ 11
1.2.3. Tính chất của tinh bột khoai lang........................................................... 13
1.3.

Các sản phẩm của quá trình thủy phân tinh bột khoai lang và tiềm năng

ứng dụng trong sản xuất thực phẩm.................................................................... 17

1.3.1. Tinh bột tiêu hóa chậm (SDS): thu nhận và tiềm năng ứng dụng trong
sản xuất thực phẩm.......................................................................................... 18
1.3.2. Isomaltooligosaccharide (IMO): thu nhận và khả năng ứng dụng trong
sản xuất thực phẩm.......................................................................................... 24
1.4.

Một số nhóm enzyme tác dụng lên tính chất tinh bột...............................31

1.4.1. Enzyme α- amylase............................................................................... 31
iii

download by :


1.4.2. Enzyme β–amylase................................................................................ 32
1.4.3. Enzyme pullulanase............................................................................... 33
1.4.4. Enzyme transglucosidase....................................................................... 34
1.4.5. Enzyme glucanotransferase................................................................... 36
1.5.

Tính cấp thiết và nội dung nghiên cứu..................................................... 37

CHƯƠNG 2. VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU............................39
2.1.

Vật liệu nghiên cứu.................................................................................. 39

2.1.1. Nguyên liệu tinh bột khoai lang............................................................. 39
2.1.2. Chế phẩm enzyme................................................................................. 39
2.2.

Phương pháp nghiên cứu......................................................................... 41

2.2.1. Phương pháp cơng nghệ........................................................................ 41
2.2.2. Phương pháp bố trí thí nghiệm.............................................................. 42
2.2.3. Phương pháp phân tích.......................................................................... 51
2.2.4. Phương pháp thống kê và xử lý số liệu.................................................. 59
CHƯƠNG 3. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN........................................................... 60
3.1.

Đặc tính tinh bột khoai lang và khả năng thu hồi tinh bột của các giống

khoai lang Việt Nam............................................................................................ 60
3.1.1. Khả năng thu hồi tinh bột các giống khoai lang Việt Nam....................60
3.1.2. Thành phần amylose của tinh bột các giống khoai lang Việt Nam........61
3.1.3. Đặc điểm hình thái và cấu trúc hạt tinh bột của các giống khoai lang Việt
Nam................................................................................................................. 61
3.1.4. Một số tính chất lý hóa của tinh bột khoai lang Việt Nam.....................64
3.2.

Điều kiện thu nhận tinh bột tiêu hóa chậm và đặc tính của tinh bột tiêu

hóa chậm thành phẩm.......................................................................................... 70
3.2.1. Khảo sát các yếu tố ảnh hưởng tới quá trình thủy phân tinh bột khoai
lang bằng enzyme pullulanase hướng tới sự hình thành tinh bột tiêu hóa chậm
71
3.2.2. Nghiên cứu chế độ thối hóa tinh bột sau thủy phân pullulanase làm tăng
hàm lượng tinh bột tiêu hóa chậm................................................................... 77

iv

download by :


3.2.3. Đánh giá chất lượng sản phẩm và đưa ra quy trình sản xuất tinh bột tiêu
hóa chậm từ tinh bột khoai lang...................................................................... 82
3.3.

Nghiên cứu điều kiện thu nhận isomaltooligosaccharide.........................86

3.3.1. Điều kiện thu nhận isomaltooligosaccharide bằng phương pháp phân
đoạn................................................................................................................. 86
3.3.2. Điều kiện thu nhận isomaltooligosaccharide bằng phương pháp đường
hóa và gắn nhánh đồng thời...........................................................................106
3.4.

Ứng dụng tinh bột tiêu hóa chậm và isomaltooligosaccharide trong sản

xuất thực phẩm..................................................................................................112
3.4.1. Ứng dụng bổ sung tinh bột tiêu hóa chậm vào sản phẩm miến dong .. 112

3.4.2. Ứng dụng bổ sung isomaltooligosaccharide vào sản phẩm sữa tươi và
nước quả........................................................................................................114
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ...........................................................................116
DANH MỤC CÁC CƠNG TRÌNH ĐÃ CƠNG BỐ CỦA LUẬN ÁN..............118
TÀI LIỆU THAM KHẢO.................................................................................119
PHỤ LỤC.............................................................................................................. 1

v

download by :


DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT

Nghĩa tiếng Việt
Phần trăm khối lượng/ khối lượng
Đơn vị tốc độ ly tâm

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


DE

Dextrose equiv

DMSO

Dimethyl sulfo

DNS

3,5-Dinitrosalic

G1

Glucose

G10

Maltodecaose

G2

Maltose

G2-10
G2-6
G3

Maltotriose

G4

Maltotetraose

G5

Maltopentaose

G6

Maltohexaose

G7

Maltoheptaose

G8

Maltooctaose

G9

Maltononaose

GH

Glycoside Hyd

HLC

vi

download by :


HLM
IMO

Isom

IMO2

Isom

IMO234
IMO3

Isom

IMO4

Isom

NDL
NGL
NRT
NRV
PNPβ-G3

vii

p-nitr

RAE

malto
Retin

RDS

Rapid

rpm

Revo

RR

Redu

RS

Resis

RVA

Rapid

SDS

Slow

TC

Total

TLC

Thin

U

Unit

download by :


DANH MỤC CÁC BẢNG
Bảng 1.1. Thành phần dinh dưỡng của khoai lang (tính trên 100 g củ khoai lang)
[23] .............................................................................................................................. 5

Bảng 1.2. Tên gọi, công thức phân tử và tên hóa học của các
maltooligosaccharides
(MO) và isomaltooligosacchrides (IMO) có DP=2-9...............................................
Bảng 1.3. Sản phẩm tạo thành của các các nhóm enzyme pullulanase ....................
Bảng 2.1. Đặc điểm của sáu giống khoai lang nguyên liệu ......................................
Bảng 2.2. Thông số các chế phẩm enzyme sử dụng trong nghiên cứu ....................
Bảng 3.1. Ảnh hưởng của giống đến tỉ lệ thu hồi tinh bột khoai lang .....................
Bảng 3.2. Hàm lượng amylose trong các loại tinh bột khoai lang ...........................
Bảng 3.3. Kích thước hạt tinh bột của sáu giống khoai lang ....................................
Bảng 3.4. Ảnh hưởng của giống khoai lang đến độ dài trung bình của mạch
tinh bột
.................................................................................................................................. 64
Bảng 3.5. Ảnh hưởng của giống đến khả năng hút nước của hạt tinh bột khoai
lang
.................................................................................................................................. 65

Bảng 3.6. Ảnh hưởng của giống đến độ nhớt tinh bột khoai lang ............................
Bảng 3.7. Khả năng hịa tan và mức độ thối hóa gel của tinh bột sáu giống
khoai

lang ...........................................................................................................................
Bảng 3.8. Ảnh hưởng của nhiệt độ thối hóa lần 1 tới hàm lượng tinh bột tiêu

hóa
chậm (thời gian thối hóa 48 giờ) .............................................................................
Bảng 3.9. Ảnh hưởng của thời gian thối hóa lần 1 tới hàm lượng tinh bột tiêu hóa

chậm (nhiệt độ 4℃) ..................................................................................................
Bảng 3.10. Ảnh hưởng của nhiệt độ thối hóa lần 2 tới hàm lượng tinh bột tiêu
hóa

chậm (thời gian 48 giờ) ............................................................................................
Bảng 3.11. Ảnh hưởng của thời gian thối hóa lần 2 tới hàm lượng tinh bột tiêu
hóa

chậm (nhiệt độ 4℃) ..................................................................................................
Bảng 3.12. Ảnh hưởng của thời gian thối hóa lần 3 tới hàm lượng tinh bột tiêu
hóa

chậm (nhiệt độ 4℃) ..................................................................................................


Bảng 3.13. Đánh giá chất lượng sản phẩm ...............................................................

viii

download by :


Bảng 3.14. Thành phần dịch hóa tinh bột khoai lang sử dụng các chế phẩm enzyme
α- amylase............................................................................................................... 89
Bảng 3.15. Ảnh hưởng của nồng độ cơ chất đến quá trình dịch hóa.......................90
Bảng 3.16. Ảnh hưởng của nhiệt độ đến q trình dịch hóa.................................... 91

Bảng 3.17. Ảnh hưởng của pH đến quá trình dịch hóa............................................ 91
Bảng 3.18. Ảnh hưởng nhiệt độ đến sự hoạt động của enzyme β-amylase và
pullulanase trong giai đoạn đường hóa.................................................................... 94
Bảng 3.19. Ảnh hưởng pH đến sự hoạt động của enzyme β-amylase và pullulanase
trong giai đoạn đường hóa....................................................................................... 95
Bảng 3.20. Ảnh hưởng nồng độ enzyme β-amylase đến quá trình đường hóa........96
Bảng 3.21. Ảnh hưởng của nồng độ enzyme pullulanase đến q trình đường hóa 97
Bảng 3.22. Ảnh hưởng của thời gian phản ứng đến q trình đường hóa bằng
enzyme β-amylase và pullulanase........................................................................... 97
Bảng 3.23. Ảnh hưởng của nồng độ các enzyme đến sự tạo thành IMO bằng đường
hóa – gắn nhánh đồng thời....................................................................................109
Bảng 3.24. Ảnh hưởng của hàm lượng tinh bột SDS bổ sung tới chất lượng miến
dong...................................................................................................................... 113
Bảng 3.25. Hàm lượng IMO trong sản phẩm sau thanh trùng và tiệt trùng...........115

ix

download by :


DANH MỤC CÁC HÌNH ẢNH, ĐỒ THỊ
Hình 1.1: Màu sắc khác nhau của vỏ và ruột củ khoai lang [13]...............................4
Hình 1.2. Sản lượng khoai lang tại các châu lục trên thế giới năm 2019...................7
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)............................................................. 10
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].............................................................................................................. 11
Hình 1.5. Cấu trúc kiểu A và kiểu B của tinh bột.................................................... 12

Hình 1.6. Một đoạn trisaccharide của phân tử amylose........................................... 12
Hình 1.7. Cấu trúc amylopectin............................................................................... 13
Hình 1.8: Giản đồ biểu diễn những thay đổi xảy ra trong hỗn hợp tinh bột và nước
trong q trình đun nóng, làm lạnh và bảo quản..................................................... 16
Hình 1.9. Mơ hình đề xuất tạo phức của amylose và (A) iốt, (B) axit béo..............17
Hình 1.10. Đặc tính sinh học của các loại tinh bột.................................................. 19
Hình 1.11: Cấu trúc của các loại IMO [135]........................................................... 27
Hình 1.12. Tâm xúc tác của enzyme α – amylase [158].......................................... 32
Hình 1.13: Sản phẩm thủy phân amylose của enzyme β – amylase.........................33
Hình 1.14. Cơ chế gắn nhánh của enzyme transglucosidase [148]..........................36
Hình 2.1: Quy trình sản xuất miến dong................................................................. 42
Hình 2.2: Bố trí thí nghiệm thu hồi SDS từ tinh bột khoai lang..............................43
Hình 2.3: Bố trí thí nghiệm thu hồi IMO từ tinh bột khoai lang bằng phương pháp
phân đoạn................................................................................................................ 45
Hình 2.4: Bố trí thí nghiệm thu hồi IMO từ tinh bột khoai lang bằng phương pháp
đường hóa – gắn nhánh........................................................................................... 49
Hình 2.5: Cơ sở lý thuyết phương pháp Ceralpha xác định hoạt độ enzyme αamylase [206].......................................................................................................... 54

x

download by :


Hình 2.6: Cơ sở lý thuyết của phương pháp Betamyl-3 xác định hoạt độ
enzyme β-

amylase [207].......................................................................................................... 55
Hình 3.1. Hình ảnh SEM của sáu loại tinh bột khoai lang....................................62
Hình 3.2. Phân bổ kích thước hạt tinh bột của sáu giống khoai lang................. 63
Hình 3.3. Đồ thị độ nhớt RVA của tinh bột sáu giống khoai lang Việt Nam. . .67

Hình 3.4. Ảnh hưởng của nồng độ tinh bột tới sự hình thành tinh bột tiêu hóa
chậm

72
Hình 3.5. Ảnh hưởng của nồng độ enzyme tới sự hình thành tinh bột tiêu hóa
chậm

73
Hình 3.6. Ảnh hưởng của pH tới sự hình thành tinh bột tiêu hóa chậm..............74
Hình 3.7. Ảnh hưởng của nhiệt độ thủy phân bởi pullulanase tới sự hình thành tinh

bột tiêu hóa chậm................................................................................................... 75
Hình 3.8. Ảnh hưởng của thời gian thủy phân pullulanase tới sự hình thành tinh bột

tiêu hóa chậm.......................................................................................................... 76
Hình 3.9. Ảnh hưởng của số lần thối hóa tới hàm lượng SDS (nhiệt độ 4℃)
................................................................................................................................ 82
Hình 3.10. Ảnh hưởng của quy trình sản xuất tinh bột tiêu hóa chậm tới hình dạng
của hạt tinh bột khoai lang tự nhiên (a,b) và tinh bột tiêu hóa chậm (c,d) lần lượt tại

độ phóng đại 1000 và 5000................................................................ 84
Hình 3.11. Quy trình cơng nghệ thu nhận tinh bột tiêu hóa chậm từ tinh bột khoai
lang.......................................................................................................................... 85
Hình 3.12. Ảnh hưởng của mức độ thủy phân đến hàm lượng IMO tạo
thành........................................................................................................................ 87
Hình 3.13. Thành phần dịch sau thủy phân sử dụng các chế phẩm enzyme αamylase................................................................................................................... 88
Hình 3.14. Ảnh hưởng của nồng độ enzyme đến q trình dịch hóa............92
Hình 3.15. Ảnh hưởng của thời gian phản ứng đến q trình dịch hóa............93
Hình 3.16: Ảnh hưởng của thời gian đường hóa thành phần oligosaccharide..98
Hình 3.17. Ảnh hưởng của thời gian đường hóa đến q trình gắn nhánh tạo IMO

99

Hình 3.18. Ảnh hưởng pH gắn nhánh đến hàm lượng IMO tạo thành.........100
Hình 3.19. Ảnh hưởng nhiệt độ gắn nhánh đến hàm lượng IMO tạo thành
.............................................................................................................................. 101


xi

download by :


Hình 3.20. Ảnh hưởng nồng độ enzyme transglucosidase đến hàm lượng IMO tạo
thành..................................................................................................................... 102
Hình 3.21. Ảnh hưởng của thời gian gắn nhánh đến hàm lượng IMO tạo thành...103
Hình 3.22. Quy trình sản xuất IMO từ tinh bột khoai lang bằng phương pháp phân
đoạn....................................................................................................................... 104
Hình 3.23. Thành phần đường trong dịch sau đường hóa và sau đường hóa - gắn
nhánh đồng thời....................................................................................................106
Hình 3.24. Ảnh hưởng của pH và nhiệt độ đến sự tạo thành IMO bằng đường hóa gắn nhánh đồng thời..............................................................................................107
Hình 3.25. Ảnh hưởng của thời gian phản ứng đến sự tạo thành IMO bằng đường
hóa - gắn nhánh đồng thời.....................................................................................110
Hình 3.26. Quy trình sản xuất IMO từ tinh bột khoai lang bằng phương pháp đường
hóa – gắn nhánh đồng thời....................................................................................111

xii

download by :

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 sơng 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 không
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 tốn cấp thiết cho một quốc gia phát
triển nơng 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
mô 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 toàn 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 quý 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 toàn và hiệu quả. Trong công nghệ thực phẩm,
SDS được bổ sung vào thực phẩm chế biến giàu tinh bột nhằm điều chỉnh lượng
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
1

download by :


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
- 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.
2

download by :


- 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 cơng 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 cơng 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 công 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.

3

download by :

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]

4

download by :


Cấu tạo củ khoai lang gồm ba phần: vỏ lụa, vỏ cùi và thịt củ. Vỏ lụa gồm 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 ngơ [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
nuôi 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 nguyên 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
Nước (g)
Carbohydrate (g)
Đường tự do (g)
Saccarose (g)
Glucose (dextrose) (g)
Fructose (g)
Tinh bột (g)
Chất xơ (g)
Protein (g)
Lipid (g)
Tro (g)
Canxi (mg)
Sắt (mg)

download by :