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 tt

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

Ngành: Công nghệ thực phẩm
Mã số: 9540101

TĨM TẮT LUẬN ÁN TIẾN SĨ CƠNG NGHỆ THỰC
PHẨM


Hà Nội - 2022


Cơng trình được hồn thành tại
Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC
1. PGS. TS. LƯƠNG HỒNG NGA
2. PGS. TS. VŨ THU TRANG

Phản biện 1:
Phản biện 2:
Phản biện 3:

Luận án được bảo vệ trước Hội đồng đánh giá luận án tiến sĩ
cấp Trường họp tại Trường Đại học Bách khoa Hà Nội

Vào hồi …….. giờ, ngày ….. tháng ….. năm…..

Có thể tìm hiểu luận án tại thư viện:
1. Thư viện Tạ Quang Bửu - Trường ĐHBK Hà Nội
2. Thư viện Quốc gia Việt Nam


MỞ ĐẦU
1. Tính cấp thiết của luận án
Khoai lang được chú trọng canh tác ở nhiều 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].
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. 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 dễ tìm, giá thành thấp và dễ dàng sản xuất quy mơ lớn. 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] và
isomaltooligosaccharide (IMO) vốn được biết đến là thành phần
prebiotics [7] đang là những sản phẩm 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 toàn và hiệu quả. 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
4


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 hoá 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
5


- 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.
- 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 mơ 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 quy
trình sản xuất tinh bột tiêu hóa chậm (SDS) sử dụng cơng nghệ
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.
6


- Luận án là cơng trình đầu tiên đưa ra quy trình 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.
6. Cấu trúc của luận án
Luận án được cấu trúc bao gồm các nội dung chính như sau:
Mở đầu; Chương 1. Tổng quan tài liệu; Chương 2. Vật liệu và
Phương pháp nghiên cứu; Chương 3. Kết quả và thảo luận; Kết
luận và kiến nghị.
Chương 1. TỔNG QUAN TÀI LIỆU
Chương này trình bày tổng quan về các đối tượng nghiên
cứu trong luận án, bao gồm cây khoai lang, tinh bột khoai lang,
một số nhóm enzyme tác dụng lên tính chất tinh bột, sản phẩm
của quá trình thủy phân tinh bột khoai lang: tinh bột tiêu hóa
chậm (SDS) và isomaltooligosaccharide (IMO) và tiềm năng
ứng dụng của chúng trong sản xuất thực phẩm.
1.1.
Tổng quan về cây khoai lang
1.1.1. Nguồn gốc của cây khoai lang
1.1.2. Đặc điểm hình thái cây khoai lang
1.1.3. Giá trị dinh dưỡng của khoai lang
Củ khoai lang rất giàu tinh bột, protein, chất xơ, lipid,
polyphenol, carotenoid, vitamin và các ngun tố khống).
Carbohydrate là thành phần dinh dưỡng chính, chiếm 80 – 90%
chất khô trong củ khoai lang. Trong đó, tinh bột chiếm 60 –
70% khối lượng khơ, hoặc thấp hơn đáng kể [19].
1.1.4. Tình hình sản xuất và tiêu thụ khoai lang
Khoai lang được chú trọng canh tác ở khắp mọi nơi trên cả
nước. 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

và chế biến thức ăn gia súc.
1.1.5. Một số giống khoai phổ biến ở Việt Nam
7


(1) Khoai lang Hoàng Long; (2) Khoai lang Hưng Lộc 4 (HL4);
(3) Khoai lang Nhật đỏ (HL518); (4) Khoai lang Nhật vàng
(Kokey 14); (5) Khoai lang Nhật tím (HL491); (6) Khoai lang
Nhật tím 1 (Murasa Kimasari); (7) Khoai lang Nhật trắng
(HL284); (8) 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
Các loại tinh bột khoai lang khác nhau có kích thước hạt khác
nhau dẫn đến sự khác biệt về tính chất của chúng.
1.2.2. Cấu trúc của tinh bột khoai lang
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 [45]. Amylose chủ yếu
tạo nên các vùng vô định hình được phân bố ngẫu nhiên giữa
các nhóm amylopectin [46].
1.2.3. Tính chất của tinh bột khoai lang
(1) Tính hịa tan; (2) Khả năng trương nở; (3) Sự hồ hóa; (4) Độ
trong của hồ tinh bột; (5) Khả năng tạo gel; (6) Sự thối hóa
gel; (7) Phản ứng thủy phân; (8) Phản ứng tạo phức.
1.3.
Các sản phẩm của quá trình thủy phân tinh bột
khoai lang và tiềm năng ứng dụng trong sản xuất thực
phẩm

1.3.1. Tinh bột tiêu hóa chậm (SDS): thu nhận và tiềm
năng ứng dụng trong sản xuất thực phẩm
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). Trong đó, SDS là
phần tinh bột được tiêu hóa trong khoảng thời gian từ 20 phút
đến 120 phút. Xử lý tinh bột bằng enzyme pullulanase,
isoamylase, α-amylase, β-amylase, hoặc transglucosidase có
khả năng tiêu hóa và chỉ số đường huyết theo mong đợi [6].

8


Tinh bột tiêu hóa chậm cũng được sản xuất bằng phương pháp
enzyme kết hợp thối hóa để gia tăng hàm lượng SDS thu được.
1.3.2. Isomaltooligosaccharide (IMO): thu nhận và khả
năng ứng dụng trong sản xuất thực phẩm
Isomaltooligosaccharides (IMO) là các phân tử ngắn tuyến tính
của các đơn vị D-glucose được liên kết bởi α-1,6 glycosidic.
Tuy nhiên, trong định nghĩa rộng hơn, chúng được chấp nhận là
các glucooligosaccharide phân nhánh và tạo vòng với các đơn
vị glucose được liên kết với nhau bằng liên kết α-1,6 glycosidic,
α-1,3 glycosidic, α-1,2 glycosidic, hoặc ngay cả khi kết hợp với
liên kết α-1,4 glycosidic. Hỗn hợp IMO có chỉ số đường huyết
thấp và được phân loại là prebiotics. Ngoài liên kết α-1,4
glycosidic trong phân tử, các liên kết cịn lại của IMO khơng dễ
bị thủy phân bởi hệ enzyme đường ruột. Đây cũng là cơ chất
thích hợp cho hoạt động của các vi sinh vật có lợi trong đường
ruột như Lactobacilli và Bifidobacteria.
Theo quy trình phân đoạn, sản xuất IMO từ tinh bột sử dụng các

bước bao gồm dịch hóa (α-amylase), đường hóa (β-amylase),
gắn nhánh (transglucosidase) và tinh chế. Khi kết hợp q trình
đường hóa và gắn nhánh được sử dụng để sản xuất IMO từ tinh
bột sau dịch hóa cho hiệu quả cao hơn so với quy trình thơng
thường, nâng cao hiệu suất tạo thành IMO [144], [147], [148].
1.4.
Một số nhóm enzyme tác dụng lên tính chất tinh bột
1.4.1. Enzyme α- amylase
Enzyme α- amylase xúc tác quá trình thủy phân liên kết α-1,4
glycosidic của các polysaccharide như amylose và amylopectin,
glycogen hoặc các sản phẩm thối hóa của chúng [152].
1.4.2. Enzyme β – amylase
Beta – amylase (β – amylase) là một exo-enzyme, xúc tác thủy
phân các liên kết α-1,4 glycosidic của amylose và amylopectin
từ đầu khơng khử của mạch và giải phóng các đơn vị maltose.
1.4.3. Enzyme pullulanase

9


Pullulanase (enzyme khử nhánh) thủy phân liên kết α-1,6
glycosidic trong amylopectin, glycogen và các polymer liên
quan, được bổ sung nhằm cải thiện hiệu suất q trình đường
hóa.
1.4.4. Enzyme transglucosidase
Transglucosidase ưu tiên xúc tác sự hình thành các liên kết α1,6 glycosidic ngồi q trình thủy phân, dẫn đến việc tạo thành
các liên kết α-1,6 glycosidic.
1.4.5. Enzyme glucanotransferase
Enzyme glucanotransferase xúc tác phản ứng chuyển chuỗi α1,4 glucan đến vị trí mới trong phân tử glucan nhận. Enzyme
ứng dụng điển hình trong tổng hợp tinh bột tiêu hóa chậm có

thể kể tới enzyme gắn nhánh BE (branching enzyme) và
amylomaltase.
Chương 2. VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
2.1. VẬT LIỆU NGHIÊN CỨU
2.1.1. Nguyên liệu tinh bột khoai lang
Khoai lang củ tươi được thu mua trong ngày thu hoạch, sau đó
tiến hành tách và thu nhận tinh bột cùng ngày tại phịng thí
nghiệm C4-209, Đại học Bách Khoa Hà Nội. Sáu giống khoai
lang được lựa chọn bao gồm: Hoàng Long cũ (HLC), Hoàng
Long mới (HLM), Nhật Gia Lai (NGL), Nhật Đà Lạt (NDL),
Nhật ruột trắng (NRT), Nhật ruột vàng (NRV).
2.1.2. Chế phẩm enzyme
 Chế phẩm enzyme α-amylase (EC 3.2.1.1): Spezyme Alpha
(5717 CU/g), Spezyme Xtra (4392 CU/g); Liquozyme SC
DS (3678 CU/g) và Termamyl SC DS (504 CU/g); αamylase porcine pancreas (5U/mg)
 Chế phẩm enzyme transglucosidase (EC 3.2.1.20) từ
Aspergillus niger (1000 U/ml); enzyme β-amylase (EC
3.2.1.2) từ đại mạch (11000 U/ml); enzyme pullulanase (EC
10


3.2.1.41) từ Bacillus licheniformis (900 U/ml);
amyloglucosidase (EC 3.2.1.3) (3260 U/ml); invertase (EC
3.2.1.26) (2000 U/ml) hãng Megazyme.
 Bộ kit phân tích D-Glucose (GOPOD Format) của hãng
Megazyme.
2.2.
PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
2.2.1. Bố trí thí nghiệm
2.2. Phương pháp nghiên cứu

2.2.1. Phương pháp cơng nghệ
2.2.1.1. Phương pháp tách và thu hồi tinh bột
Tinh bột khoai lang được thu nhận dựa trên phương pháp của
Talele và cộng sự (2015) với một vài thay đổi [197]. Tinh bột
thu được đạt độ ẩm dưới 12%.
2.2.1.2. Quy trình sản xuất miến dong
2.2.2. Phương pháp bố trí thí nghiệm

Hình 2.2: Bố trí thí nghiệm
thu hồi SDS từ tinh bột khoai
lang

Hình 2.3: Bố trí thí nghiệm
thu hồi IMO từ tinh bột khoai
lang bằng phương pháp phân
đoạn

11


Hình 2.4: Bố trí thí nghiệm thu hồi IMO từ tinh bột khoai lang bằng
phương pháp đường hóa – gắn nhánh đồng thời

2.2.3. Phương pháp phân tích
2.2.3.1. Phương pháp hóa sinh
(1) Xác định hàm lượng tinh bột bằng phương pháp DNS
(2) Xác định hàm lượng amylose theo TCVN 5716-1: 2008
(3) Xác định hàm lượng carbohydrate tổng số bằng phương
pháp phenol – axit sulfuric
(4) Xác định hàm lượng tinh bột sót bằng phương pháp phenol

– axit sulfuric
(5) Xác định chiều dài mạch của phân tử tinh bột
(6) Xác định mức độ thủy phân của tinh bột
(7) Xác định mức độ tiêu hóa của tinh bột bằng phương pháp
Englyst
Kết quả hàm lượng tinh bột tiêu hóa nhanh (RDS), tinh bột tiêu
hóa chậm (SDS) và tinh bột kháng tiêu hóa (RS) được tính tốn
như sau: % RDS = (G20 – FG) × 0,9 x 100
% SDS = (G120 – G20) × 0,9 x 100
% RS = (TG - FG) × 0,9 100 - %RDS - %SDS
Trong đó: TG: Tổng hàm lượng glucose; G20: Tổng hàm lượng
glucose sau 20 phút tiêu hóa; G120: Tổng hàm lượng glucose
sau 120 phút tiêu hóa.
(8) Xác định hoạt độ enzyme α-amylase bằng phương pháp
Ceralpha
12


(9) Xác định hoạt độ enzyme β–amylase bằng kit Betamyl-3
(10)
Xác định hoạt độ pullulanase sử dụng Red-Pullulan
(11)
Xác định hoạt độ transglucosidase sử dụng maltose
(12)
Định tính thành phần hỗn hợp đường bằng sắc kí bản
mỏng (TLC)
Bản sắc ký mỏng TLC Silica gel 60 F254 (20 cm × 20 cm; Merck
KGaA, Germany); dung môi n-butanol: isopropanol: nước (50:
25: 20 v/ v/ v) và dung dịch nhúng: ethanol chứa 5g/ l αnaphthol và 50 ml/l H2SO4.
(13)

Phương pháp loại bỏ đường glucose, maltose,
maltotriose trong hỗn hợp IMO sản phẩm bằng nấm men
Saccharomyces cerevisiae
Chủng nấm men lên men bia Saccharomyces cerevisiae var.
diastaticus BE 134 (hãng Fermentis) được sử dụng để loại bỏ
các đường không mong muốn như glucose, maltose,
maltotriose.
(14)
Xác định hàm lượng thành phần oligosaccharides bằng
máy sắc ký lỏng hiệu năng cao (HPLC)
Hệ thống sắc ký lỏng cao áp RID (HPLC 1290 - Agilent) được
sử dụng sử dụng trong toàn bộ nghiên cứu này.
Chất chuẩn oligosaccharide bao gồm glucose, maltose,
maltotrinose (G3), maltotetraose (G4), maltopentaose (G5),
maltohexaose (G6), maltoheptaose (G7), maltooctaose (G8),
maltononaose (G9), maltodecaose (G10), isomaltose (IMO 2),
isomaltotriose (IMO3), isomaltotetraose (IMO4).
Hàm lượng IMO trong dịch IMO sản phẩm được tính bằng tổng
hàm lượng IMO2, IMO3, IMO4 và kí hiệu là IMO234 (g/l).
2.2.3.2. Phương pháp hóa lý và vật lý
(1) Xác định hình dạng hạt tinh bột bằng kính hiển vi điện tử
quét (SEM)
(2) Xác định kích thước hạt tinh bột bằng tán xạ laser
(3) Xác định khả năng hấp thụ nước của tinh bột
(4) Xác định khả năng hoà tan của tinh bột
13


(5) Xác định đặc tính hồ hóa của tinh bột bằng phương pháp
RVA

(6) Xác định mức độ thoái hoá gel tinh bột
(7) Xác định độ dai miến dong bằng máy phân tích cấu trúc
(8) Phương pháp đo màu miến dong
(9) Phương pháp xác định chất lượng nấu của miến dong
2.2.4. Phương pháp thống kê và xử lý số liệu
Dữ liệu được phân tích bằng cách sử dụng phân tích phương sai
(ANOVA). Sự khác biệt giữa các giá trị (p < 0,05) được phân
tích kiểm định Duncan sử dụng phần mềm thống kê SPSS phiên
bản 20 (SPSS Inc., Chicago, IL, Hoa Kỳ).
Chương 3. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN
3.1. Đặc tính tinh bột khoai lang và khả năng thu hồi tinh
bột của các giống khoai lang Việt Nam
3.1.1. Khả năng thu hồi tinh bột các giống khoai lang Việt Nam
Dữ liệu thu được cho thấy Hoàng Long cũ (HLC) là giống
khoai chứa hàm lượng tinh bột cũng như tỷ lệ thu hồi tinh bột
cao nhất.
Bảng 3.1. Ảnh hưởng của giống đến tỉ lệ thu hồi tinh bột khoai lang

Tên giống

Tỉ lệ thu hồi tinh bột
(%)

Hàm lượng tinh bột
(% chất khô)

HLC
11,58
88,0 ± 0,4d
HLM

10,20
68,4 ± 3,8b
NGL
10,89
60,8 ± 1,0a
NDL
11,28
68,6 ± 2,4b
NRT
10,82
78,1 ± 2,7c
NRV
11,16
81,4 ± 1,6c
3.1.2. Thành phần amylose của tinh bột các giống khoai lang
Việt Nam
Tinh bột từ các giống khoai khác nhau cho thấy sự khác biệt về
hàm lượng amylose. Sự khác biệt này có ảnh hưởng trực tiếp
đến các tính chất chức năng của tinh bột khoai lang.
14


Bảng 3.2: Hàm lượng amylose trong các loại tinh bột khoai lang

Tên giống khoai
Hàm lượng amylose (%)
HLC
18,39 ± 0,28a
HLM
21,60 ± 0,22b

NGL
26,25 ± 0,03c
NDL
25,12 ± 0,10d
NRT
15,08 ± 0,22e
NRV
20,68 ± 0,79f
3.1.3. Đặc điểm hình thái và cấu trúc hạt tinh bột của các
giống khoai lang Việt Nam
Ảnh SEM chỉ ra các hạt tinh bột có hình trịn và hình đa giác
chiếm ưu thế. Bên cạnh đó, hình bầu dục hoặc bán bầu dục và
hình bán bầu dục trong các hạt cũng được phát hiện ở mật độ
thấp hơn (Hình 3.1).

Hình 3.1. Hình ảnh SEM
của 6 loại tinh bột khoai lang.
(A) NRV; (B) NDL; (C) HLM; (D)
HLC; (E) NRT; (F) NGL

Hình 3.2. Phân bổ kích thước
hạt tinh bột của sáu giống khoai
lang

Đường kính trung bình hạt nằm trong khoảng từ 12,49 µm đến
15,26 µm (Hình 3.2). Mức độ trùng hợp trung bình của các
phân tử tinh bột giữa các giống khoai lang khảo sát (Bảng 3.4)
cho thấy khơng có sự chênh lệch đáng kể.
15

Bảng 3.4. Ảnh hưởng của giống khoai lang đến độ dài trung bình của
mạch tinh bột

Mức độ trùng hợp trung bình
(DP)
HLC
928,98 ± 30,51a
HLM
891,64 ± 41,03a
NDL
915,30 ± 37,33a
NGL
876,22 ± 32,11a
NRT
931,13 ± 40,57a
NRV
925,35 ± 35,49a
3.1.4. Một số tính chất lý hóa của tinh bột khoai lang Việt
Nam
Khả năng hút nước của sáu loại tinh bột khoai lang cho thấy sự
chênh lệch đáng kể (Bảng 3.5). Kết quả được giải thích do khác
biệt về hàm lượng protein, mức độ liên kết giữa các phân tử, tỷ
lệ giữa vùng tinh thể và vùng vô định hình trong hạt tinh bột.
Mẫu

Bảng 3.5. Ảnh hưởng của giống khoai lang đến khả năng hút nước
của hạt tinh bột khoai lang

Tên mẫu

HLC
HLM
NGL
NDL
NRT
NRV

Khả năng hút nước (%)
101,12 ± 0,40b
104,22 ± 2,46c
87,39 ± 0,72a
110,94 ± 2,32d
112,02 ± 1,25d
115,74 ± 1,63e

16


Tính chất hồ hóa của
tinh bột được thể hiện
ở hình 3.3. Kết quả đã
chỉ ra tinh bột khoai HLC
có độ nhớt đáy cao nhất
và độ nhớt setback
tương đối thấp, do đó
có khả chống lại thối
hóa tốt.
Hình 3.3. Đồ thị độ nhớt RVA của tinh
bột sáu giống khoai lang

Khoai HLM cho thấy độ đặc gel thấp, gel nóng ổn định tốt, tuy
nhiên gel tinh bột sau làm lạnh có xu hướng thối hóa cao.
Bảng 3.7. Khả năng hịa tan và mức độ thối hóa gel của tinh
bột thu từ sáu giống khoai lang
Tên mẫu Khả năng hòa tan (%) Mức độ thối hóa gel (%)
HLC
12,46 ± 0,24c
5,31 ± 0,93b
HLM
14,63 ± 0,24d
1,60 ± 0,23a
a
NGL
9,53 ± 0,27
2,27 ± 0,68a
b
NDL
10,54 ± 0,40
12,35 ± 1,48d
NRT
10,49 ± 0,11b
7,79 ± 0,26c
d
NRV
14,42 ± 0,35
13,99 ± 0,85e
Kết quả về khả năng hòa tan của sáu loại tinh bột (Bảng 3.7)
cho thấy tinh bột của giống NGL cho thấy độ hòa tan thấp nhất
trong khi tinh bột của HLM và NRV có độ hịa tan cao nhất.
Tinh bột HLM, NGL cho thấy xu hướng thối hóa gel thấp hơn

so với tinh bột HLC và NRT.
Kết luận về đặc tính tính bột các giống khoai Việt Nam:
Có sự khác biệt về giống và đặc điểm canh tác đã có những ảnh
hưởng đáng kể và quyết định một số đặc tính hóa lý đặc trưng
của tinh bột khoai lang.
Tính chất tinh bột khoai lang mong muốn cho sản xuất SDS
và IMO:
17


Giống khoai lang Hoàng Long cũ (HLC) được lựa chọn để tạo
các sản phẩm SDS và IMO trong các thí nghiệm tiếp theo do
hiệu suất thu nhận tinh bột cao, kích thước hạt trung bình nhỏ,
khả năng hấp thụ nước và hòa tan tốt.
3.2. Điều kiện thu nhận tinh bột tiêu hóa chậm và đặc tính
của tinh bột tiêu hóa chậm thành phẩm
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
Kết quả nghiên cứu sự ảnh hưởng của nồng độ tinh bột, nồng độ
enzyme pullulanase, pH, nhiệt độ và thời gian lần lượt được thể
hiện trong Hình 3.4 đến Hình 3.8.

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

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

Hình 3.6. Ảnh hưởng của
pH tới sự hình thành tinh bột
tiêu hóa chậm

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

18


Các thơng số tối thích
được lựa chọn cho q trình
thủy phân tinh bột khoai lang
dưới tác dụng của enzyme
pullulanase bao gồm: nồng độ
dịch tinh bột 10% (w/w), pH
5,0, nhiệt độ thủy phân 55°C,
nồng độ enzyme 20 U/g và
Hình 3.8. Ảnh hưởng của
thời gian thủy phân
thời gian thủy phân kéo dài
pullulanase tới sự hình thành
trong 5 giờ. Hàm lượng SDS
tinh bột tiêu hóa chậm
thu được đạt 28,59%.
Nhận thấy, hàm lượng SDS thu được chưa cao. Đề tài tiếp tục
tiến hành công đoạn thối hóa tinh bột với mục đích làm giàu

lượng SDS thu được từ tinh bột khoai lang.
3.2.2. Nghiên cứu chế độ thối hóa tinh bột sau thủy phân
pullulanase làm tăng hàm lượng tinh bột tiêu hóa chậm
Q trình thối hóa được nghiên cứu tại điều kiện nhiệt độ (20℃, -10℃, 4℃ và 25℃) và thời gian thối hóa (12, 24, 36,
48, 60 giờ) khác nhau, sau đó xác định hàm lượng SDS thu
được.
Nhận thấy, hàm lượng SDS thu được ở lần thối hóa 3 có xu
hướng giảm xuống. Do đó, lựa chọn phương pháp thối hóa 2
lần để gia tăng hàm lượng tinh bột tiêu hóa chậm (SDS). Trong
đó, điều kiện tiến hành thối hóa lần 1 và lần 2 đều diễn ra tại
4°C trong thời gian 48 giờ thu được hàm lượng SDS 59,72%.
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
Khả năng trương nở, khả năng hòa tan, mức độ hút nước và hút
dầu, màu sắc và ảnh chụp SEM của tinh bột tiêu hóa chậm
(SDS) được phân tích và so sánh với mẫu tinh bột khoai lang tự
nhiên.
Bảng 3.13. Đánh giá chất lượng sản phẩm

Tinh bột tự
nhiên
19

Tinh bột
sau biến tính


(SDS)
Thành phần (%)
RS

SDS
RDS
Tính chất vật lý
Khả năng trương nở
(%)Khả năng hòa tan
(%)Khả năng hút nước
(%)Khả nănghút dầu (%)
Màu sắc
L
a*
b*

65,82 ± 1,52a
15,41 ± 2,03a
18,77 ± 0,88a

11,29 ±
57,81 ±
30,91 ±

27,68 ± 1,14a
12,50 ± 0,23c
81,99 ± 0,30a
119,74 ±

15,04 ±
46,15 ±
136,44 ±
110,38 ±

83,09 ± 0,64a
80,89 ±
2,27 ± 0,17a
2,85 ±
a
13,48 ± 0,74
14,34 ±
Kết luận: Tính chất của
tinh bột SDS thu được nổi
bật với khả năng hòa tan
và độ hút nước cao hơn
đáng kể so vởi tinh bột tự
nhiên. Bên cạnh đó, sản
Hình 3.10. Ảnh hưởng của quy trình phẩm tinh bột biến tính
SDS có màu sắc tối hơn so
sản xuất tinh bột tiêu hóa chậm tới
hình dạng của hạt tinh bột khoai lang với màu sắc vốn có của
tự nhiên (a,b) và tinh bột tiêu hóa chậm tinh bột, tuy nhiên sự khác
biệt khơng nhiều.
(c,d)

20


Hình 3.11. Quy trình sản xuất tinh bột tiêu hóa chậm

3.3. Điều kiện thu nhận isomaltooligosaccharide bằng
phương pháp phân đoạn
3.3.1. Ảnh hưởng của mức độ thủy phân đến hiệu quả tổng
hợp isomaltooligosaccharide

Tinh bột có mức độ thủy
phân (DE) cao tạo điều kiện
tốt hơn cho sự hình thành
IMO. Do đó, trước khi bước
vào giai đoạn gắn nhánh, dịch
tinh bột cần được tiến hành
thủy phân để thu được nền cơ
chất phù hợp nhất cho quá
trình gắn nhánh bằng
Hình 3.12. Ảnh hưởng của
transglucosidase.
mức độ thủy phân đến hàm lượng
IMO tạo thành

Trong nghiên cứu này, dịch tinh bột khoai lang được thủy phân
thông qua giai đoạn dịch hóa bằng enzyme α-amylase và đường
hóa bằng β-amylase kết hợp pullulanase.
3.3.2. Các yếu tố ảnh hưởng đến q trình dịch hóa bằng
chế phẩm enzyme α- amylase
21


Nghiên cứu sự hoạt động của bốn chế phẩm enzyme alpha
amylase Spezyme Xtra, Liquozyme SC DS, Spezyme Alpha,
Termamyl SC DS cho q trình dịch hóa tinh bột.
Từ kết quả phân tích (Hình
3.13) cho thấy, Spezyme Xtra là
chế phẩm cho khả năng thủy
phân tạo thành G2-G10, G2-G6
cao nhất và glucose tự do là

thấp nhất. Do vậy, lựa chọn chế
phẩm Spezyme Xtra cho q
Hình 3.13. Thành phần dịch sau trình dịch hóa. Điều kiện tiến
hành: dịch tinh bột có nồng độ
thủy phân sử dụng các chế
25% w/v (tính theo chất khơ),
phẩm enzyme α-amylase
nhiệt độ 80 °C, pH 5,8, nồng độ
enzyme α- amylase 1,0 CU/g và
thời gian 60 phút. Kết thúc dịch
hóa, DE đạt 18,76.
3.3.3. Nghiên cứu các yếu tố ảnh hưởng đến sự hoạt động
của enzyme β-amylase và pullulanase trong giai đoạn đường
hóa
Đường hóa với thơng số: nồng độ enzyme β-amylase nồng độ
5,0 U/g và enzyme pullulanase nồng độ 0,8 U/g, nhiệt độ 50°C,
pH 6,0, thời gian từ 1 đến12 giờ. Mẫu thu được đem xác định
giá trị DE, phân tích thành phần oligosaccharide bằng HPLCRID (Hình 3.16) và đem thực hiện giai đoạn gắn nhánh để đánh
giá ảnh hưởng của thời gian đường hóa tới sự hình thành IMO
(Hình 3.17).
Maltose (G2) và maltotriose (G3) là những thành phần chính
của dịch thủy phân và lần lượt chiếm 50,31% và 20,20% sau 6
giờ đường hóa. Giá trị này khơng thay đổi đáng kể khi kéo dài
thời gian đường hóa đến 12 giờ.

22


Hình 3.16: Ảnh hưởng của thời
Hình 3.17. Ảnh hưởng của

gian đường hóa thành phần
thời gian đường hóa đến q
oligosaccharide
trình gắn nhánh tạo IMO

Hơn nữa, thời gian đường hóa kéo dài thì hàm lượng IMO234 xu
hướng tăng. Như vậy, thời gian đường hóa là 6 giờ thì DE đạt
35,68.
3.3.4. Nghiên cứu ảnh hưởng của các yếu tố đến hàm lượng
isomaltooligosaccharide tạo thành trong giai đoạn gắn
nhánh bằng transglucosidase
Kết quả khảo sát được thể hiện trong Hình 3.18 đến 3.21.

Hình 3.18. Ảnh hưởng pH hàm
lượng IMO tạo thành

Hình 3.20. Ảnh hưởng nồng
độ enzyme transglucosidase
đến hàm lượng IMO tạo thành

Hình 3.19. Ảnh hưởng nhiệt
độ đến hàm lượng IMO tạo

Hình 3.21. Ảnh hưởng của
thời gian gắn nhánh đến hàm
lượng IMO tạo thành

23

Hình 3.22. Quy trình sản xuất IMO
từ tinh bột khoai lang bằng phương
pháp phân đoạn

Từ kết quả nghiên
cứu, lựa chọn được
thống số cho quá
trình gắn nhánh tổng
hợp IMO: nhiệt độ
60°C, pH 5,0, nồng độ
enzyme
transglucosidase 15
CU/g và duy trì phản
ứng trong thời gian
12 giờ. Nồng độ
IMO234 trong dịch sản
phẩm đạt 56,10 g/l.

3.4. Điều kiện thu nhận isomaltooligosaccharide bằng
phương pháp đường hóa và gắn nhánh đồng thời
Từ kết quả Hình 3.24, lựa chọn được pH 5,0 và nhiệt độ 50°C là
điều kiện gắn nhánh tối ưu cho hàm lượng IMO234 cao nhất.

Hình Error! No text of specified style in document..1: Ảnh hưởng
của pH và nhiệt độ đến sự tạo thành IMO bằng đường hóa - gắn
nhánh đồng thời

Kết quả ảnh hưởng của nồng độ enzyme β-amylase,
pullulanase, transglucosidase đến hiệu quả tạo thành IMO được
24

trình bày trong Bảng 3.23. Từ dữ liệu thu được, lựa chọn nồng
độ tối ưu lần lượt là 3,0 U/g, 0,8 U/g và 10,0 U/g cho enzyme βamylaze, pullulanase và transglucosidase.
Bảng 3.23: Ảnh hưởng của nồng độ các enzyme đến sự tạo thành IMO
bằng đường hóa – gắn nhánh đồng thời

Nồng độ enzyme
Nồng độ IMO234 (g/L)
β-amylase (U/g)
1,0
58,66 ± 0,63ab
2,0
60,70 ± 0,87abc
3,0
63,65 ± 2,99c
4,0
62,76 ± 1,54bc
5,0
57,09 ± 1,02a
Pullulanase (U/g)
0,2
55,70 ± 0,82a
0,4
59,87 ± 0,64b
0,6
61,82 ± 1,86b
0,8
69,24 ± 1,91c
1,0

67,20 ± 0,98c
Transglucosidase (U/g)
3
60,84 ± 0,33c
5
64,78 ± 0,89d
10
67,37 ± 0,64e
15
65,40 ± 1,42de
20
62,00 ± 0,98c
25
57,44 ± 1,46b
30
53,47 ± 0,79a
Ảnh hưởng của thời gian đường hóa – gắn nhánh đến hàm
lượng IMO234 tạo thành được trình bày trong Hình 3.25.

25