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

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


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

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
Ngành: Công nghệ thực phẩm
Mã số:

Người hướng dẫn khoa học

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
Tập thể hướng dẫn

tháng

năm 2022

Nghiên cứu sinh

i


LỜI CẢM ƠN

Tơi xin bày tỏ lịng kính trọng và cảm ơn sâu sắc tới giáo viên hướng dẫn:
PGS TS đã tận tình
hướng dẫn, động viên, quan tâm và tạo mọi điều kiện giúp đỡ trong suốt quá trìì̀nh
thực hiện và hồn thành luận án nghiên cứu
Tơi 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

Tôi cũng xin dành lời cảm ơn tới gia đình, đồng nghiệp, người thân đã ủng hộ,
động viên, giúp đỡ tơi hồn thành bản luận án này

Nghiên cứu sinh

ii


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

12

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

13

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

14

24

Một số nhóm enzyme tác dụng lên tính chất tinh bột

1 4 1 Enzyme α- amylase

31
31

iii


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

15

Tính cấp thiết và nội dung nghiên cứu

CHƯƠNG 2 VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
21

Vật liệu nghiên cứu

37
39
39

2 1 1 Nguyên liệu tinh bột khoai lang

39

2 1 2 Chế phẩm enzyme

39

Phương pháp nghiên cứu

41

2 2 1 Phương pháp công 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

22

CHƯƠNG 3 KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN
31

60

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

32

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

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
33

82

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
34

106

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 CÔNG BỐ CỦA LUẬN ÁN

118

TÀI LIỆU THAM KHẢO

119

PHỤ LỤC

1

v


DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT
Kí hiệu và
chữ viết tắt

Từ tiếng Anh

Nghĩa tiếng Việt

% weight/ weight

Phần trăm khối lượng/ khối lượng

×g

Relative centrifugal force

Đơn vị tốc độ ly tâm

BE

Branching Enzyme
Blocked
p-nitrophenyl
maltoheptaoside

%w/w

BPNPG7
cP

centipoise

CU

Ceralpha Unit

DE

Dextrose equivalent

DMSO

Dimethyl sulfoxide

DNS

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

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

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

HLC

vi


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
PNPβ-G3

p-nitrophenyl-β–Dmaltotrioside

RAE

Retinol activity equivalents

Đơn vị đo lường của vitamin A

RDS

Rapidly digestible starch

Tinh bột tiêu hóa nhanh

rpm

Revolutions per minute

vịng/ 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

Tinh bột tiêu hóa chậm

TC

Total Carbohydrate

TLC
U

Thin layer chromatography

Hàm lượng carbonhydrate tổng
số
Sắc ký bản mỏng

Unit

Đơn vị hoạt độ enzyme

vii

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

24

Bảng 1 3 Sản phẩm tạo thành của các các nhóm enzyme pullulanase

34

Bảng 2 1 Đặc điểm của sáu giống khoai lang nguyên liệu

39

Bảng 2 2 Thông số các chế phẩm enzyme sử dụng trong nghiên cứu

40

Bảng 3 1 Ảnh hưởng của giống đến tỉ lệ thu hồi tinh bột khoai lang

60

Bảng 3 2 Hàm lượng amylose trong các loại tinh bột khoai lang

61

Bảng 3 3 Kích thước hạt tinh bột của sáu giống khoai lang

63

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

66

Bảng 3 7 Khả năng hòa tan và mức độ thối hóa gel của tinh bột sáu giống khoai
lang

68

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)

77

Bảng 3 9 Ảnh hưởng của thời gian thối hóa lần 1 tới hàm lượng tinh bột tiêu hóa
chậm (nhiệt độ 4℃)

78

Bảng 3 10 Ảnh hưởng của nhiệt độ thối hóa lần 2 tới hàm lượng tinh bột tiêu hóa
chậm (thời gian 48 giờ)

79

Bảng 3 11 Ảnh hưởng của thời gian thối hóa lần 2 tới hàm lượng tinh bột tiêu hóa
chậm (nhiệt độ 4℃)

80

Bảng 3 12 Ảnh hưởng của thời gian thối hóa lần 3 tới hàm lượng tinh bột tiêu hóa
chậm (nhiệt độ 4℃)

81

Bảng 3 13 Đánh giá chất lượng sản phẩm

83

viii


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 q 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 q 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


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


Hình 2 6: Cơ sở lý thuyết của phương pháp Betamyl-3 xác định hoạt độ enzyme βamylase [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 quá 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 quá 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


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


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


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


- 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


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

trịn, 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


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
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
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)
Sắt (mg)
5

Hàm lượng

24 - 40
0,54 - 0,75


Thành phần

Hàm lượng

Magie (mg)

19 - 30

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 quá 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
6


thấy trong củ khoai lang chủ yếu bao gồm anthocyanin, rutin và quercetin, một số
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

Triệu tấn

Khoai lang là cây lương thực quan trọng đứng thứ bảy trên thế giới sau lúa, lúa
mì, khoai tây, ngơ, s ắn và đứ ng th ứ năm ở các nước đang phát triể n [36] Theo s ố
liệ u th ố ng kê c ủa FAO năm 2019 [2], di ệ n tích tr ồ ng khoai lang trên th ế giới đạ t
7,768 tri ệu ha; năng suấ t bình quân 11,82 t ấ n/ha và t ổng s ản lượng đạ t 91,82 tri ệ u
tấn vào năm 2019 (Hình 1 2)
100
90

91,82

80
70
59,11

60
50
40

27,87

30
20
10

3,88

0,96

Châu Mỹ

Châu Đại Dương

0
Thế giới

Châu Á

Châu Phi

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 v ự c s ả n xu ấ t khoai lang l ớn nh ấ t trên th ế giới, v ới kho ả ng 60 tri ệ u t ấn được
sả n xu ất hàng năm Trung Quốc là quốc gia s ả n xu ấ t và nhà tiêu th ụ khoai lang l ớn
nh ấ t th ế giới ( đạ t sản lượng 52 tri ệ u t ấ n vào năm 2019), với m ục đích sử dụng làm
thự c ph ẩ m, th ức ăn gia súc và chế biế n (tinh b ột và các s ả n ph ẩ m khác) Bên c ạ nh
đó, m ang t ầ m là m ộ t lo ại cây lương thự c quan tr ọng, di ệ n tích và s ản lượng khoai
đang tăng lên nhanh chóng ở một s ố nơi trên thế giới Ở châu Phi, c ậ n Sahara, khoai
lang đang vượ t xa t ốc độ tăng trưởng c ủa các m ặ t hàng ch ủ lự c 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 sơng Cửu Long Năm 2019, ước tính diện tích trồng
7


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 - Nông 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,
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 Tr ồng tr ọt đã khả o nghi ệ m t ạ i huy ệ n
Hoàng Long (nay là huy ệ n Gia Vi ễ n và huy ệ n Nho Quan), Ninh Bình Cho đế n nay,
do s ở hữ u nhi ều đặ c tính q, khoai lang Hồng Long đang được tr ồng ph ổ biế n ở
nhiề u vùng s ả n xu ấ t trên c ả nước
Đặc điểm thực vật: khoai lang Hồng Long có thân dài, bị trải, màu tím; lá
hình tim, màu xanh, lá ng ọ n có màu xanh tím; v ỏ c ủ màu h ồng nh ạ t, ru ột c ủ màu
vàng, b ở Th ời gian sinh trưởng: V ụ Xuân 100 - 120 ngày, v ụ Đông 90 đế n 100
ngày Năng suất trung bình đạ t 10 - 12 t ấ n/ha, thích h ợp v ới đấ t pha cát nh ẹ C ủ
khoai lang Hoàng Long ch ứa hàm lượng ch ất khô đạt 29,22%; hàm lượng tinh b ộ t
đạ t 25,10%; hàm lượng đường tổng s ố đạ t 21,67% (Hình 1 3) [38]
Giống Hồng Long cho tỷ lệ củ thương phẩm cao Tuy nhiên khả năng chịu rét
kém, hay b ị sùng hà [39]

(2) Khoai lang Hưng Lộc 4 (HL4)
HL4 là giống khoai lang phổ biến ở vùng Đơng Nam Bộ, có nguồn gốc Việt
Nam HL4 được ch ọn l ọc t ừ tổ hợp lai 3 (G ạo x Bí Đà Lạ t) x Tai Nung 57 bởi
Trung tâm Nghiên c ứ u Nông nghi ệp Hưng Lộc, Vi ệ n Khoa h ọ c K ỹ thu ậ t Nông
nghiệ p Miề n Nam [39]
Bộ Nông nghiệp và PTNT công nhận giống năm 1987 Thời gian sinh trưởng
vụ Xuân 85 - 95 ngày; v ụ H è Thu và Thu Đông 90 đế n 95 ngày; v ụ Đông 80 đế n 90
ngày Năng suấ t c ủ tươi 18 – 33 t ấ n/ ha, thâm canh có th ể đạ t 230 t ạ /ha Gi ống HL4
có thân chính dài trung bình (110 cm), màu xanh Lá chia thùy (3 - 5 khía nơng)
8


màu xanh, gân trên màu xanh, gân dướ i màu tím T ỷ lệ chấ t khơ c ủ đạ t 27-30%,
ch ất lượng c ủ luộ c khá, v ỏ c ủ màu đỏ, th ịt c ủ màu cam đậ m, d ạ ng c ủ đẹ p, dây xanh
ph ủ luống g ọ n, m ức độ nhiễ m sùng hà trung bình, nhi ễ m nh ẹ 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
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
ch ọn t ạ o và gi ớ i thi ệ u t ừ tổ hợp Murasa Kimasari polycross ngu ồ n g ốc Nhậ t B ả n
CN76-2 CIP/AVRDC Giống đã được B ộ Nông nghi ệ p và Phát tri ể n Nông thôn
công nhậ n gi ống năm 1997 và hi ện nay được tr ồng phổ biế n ở các t ỉnh phía Nam
Giống khoai Nhật tím có thời gian sinh trưởng 95 đến 110 ngày Năng suất củ
tươi: 15 -27 t ấ n/ha, t ỷ l ệ chấ t khô 27- 31%, chất lượng c ủ lu ộc khá, v ỏ c ủ màu tía,
thịt c ủ màu tím đậ m, d ạ ng c ủ đều đẹ p, dây xanh tím, nhi ễ m nh ẹ 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 tấ n/ha , tỷ lệ chất khô 27-30%, chất lượng củ luộc khá ngon, vỏ củ màu tím
9


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 khô 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
Được chọn lọc từ tổ hợp lai tự nhiên của giống mẹ Regal có nguồn gốc từ Mỹ do
Viện Cây Lương thự c Cây Th ự c ph ẩ m tuy ể n ch ọn và gi ới thi ệ u B ộ Nông nghi ệ p và
PTNT đã công nhậ n gi ống năm 2002 Khoai lang KB1 có thời gian sinh trưởng 100
- 130 ngày, năng suấ t c ủ tươi 22 – 32 t ấ n/ha, t ỷ lệ chấ t khơ 27-29% Ch ất lượng c ủ
tương đương Hồng Long, vỏ c ủ màu h ồ ng cam, th ịt c ủ màu cam đậ m, d ạ ng c ủ hơi
trịn, dây xanh, ng ọ n tím, nhi ễm 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

10


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
lang [42] Ngoài 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 hòa 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 vô 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
11