Nghiên cứu biến tính tinh bột từ dong riềng, khoai lang và ứng dụng trong sản xuất một số thực phẩm

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

Vũ Thị Ngọc Bích

NGHIÊN CỨU BIẾN TÍNH TINH BỘT TỪ DONG RIỀNG, KHOAI
LANG VÀ ỨNG DỤNG TRONG SẢN XUẤT MỘT SỐ THỰC PHẨM

LUẬN ÁN TIẾ N S Ĩ CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM

Hà Nội – Năm 2 0 1 2


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

Vũ Thị Ngọc Bích

NGHIÊN CỨU BIẾN TÍNH TINH BỘT TỪ DONG RIỀNG, KHOAI
LANG VÀ ỨNG DỤNG TRONG SẢN XUẤT MỘT SỐ THỰC PHẨM
Ch u yên n gàn h : Ch ế b iến th ực p h ẩm và đ ồ u ốn g
Mã s ố: 6 2 .5 4 .0 2 .0 1

LUẬN ÁN TIẾ N S Ĩ CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC:
1 . PGS . TS . Bù i Đức Hợi
2 . PGS . Lê Ngọc Tú

Hà Nội – Năm 2 0 1 2

I

LỜI CẢM ƠN
Trong quá trình thực hiện luận án, tôi đã nhận được rất nhiều sự
giúp đỡ, đóng góp ý kiến của các thày cô, bạn bè, đồng nghiệp, các cơ
quan, cơ sở sản xuất cùng người thân.
Trước hết, tôi xin được bày tỏ lòng biết ơn ssâu sắc đến thầy giáo
hướng dẫn, PGS.TS. Bùi Đức Hợi, Viện Công nghệ sinh học và Công
nghệ thực phẩm, Trường Đại học Bách khoa Hà Nội, đã chỉ dẫn, động
viên và tạo mọi điều kiện giúp tôi hòa thành luận án.
Tôi xin trân trọng cảm ơn thầy giáo hướng dẫn PGS. Lê Ngọc Tú đã
cho tôi nhiều ý kiến, đóng góp quý báu cùng những giúp đỡ hiệu quả
trong quá trình thực hiện luận án.
Tôi xin trân trọng cảm ơn tập thể các thày cô giáo, cán bộ nhân viên
Bộ môn công nghệ chế biến thực phẩm và đồ uống, Viện công nghệ sinh
học và công nghệ thực phẩm đã giúp đỡ và tạo điều kiện cho tôi trong quá
trình nghiên cứu.
Tôi xin trân trọng cảm ơn Ban giám hiệu trường Đại học kinh tế kỹ
thuật Công nghiệp cùng tập thể đồng nghiệp thuộc khoa Công nghệ thực
phẩm của trường đã giúp đỡ, tạo điều kiện cho tôi trong quá trình hoàn
thành luận án.
Tôi cũng xin trân trọng cảm ơn các thầy cô giáo, cán bộ nhân viên
bộ môn Vật lý chất rắn, Trường Đại học Khoa học tự nhiên, Đại học
Quốc gia Hà Nội, trân trọng cảm ơn các cán bộ nhân viên khoa Thực
phảm Viện dinh dưỡng, các cán bộ công nhân viên Công ty cổ phần chế
biến thực phẩm Hữu nghị đã tận tình giúp đỡ tôi trong quá trình thực
hiện các thí nghiệm.

II

Cuối cùng tôi xin trân trong cảm ơn tất cả những người thân, đồng
nghiệp, bạn bè đã luôn động viên, giúp đỡ và tạo mọi điều kiện để tôi hoàn
thành luận án này!
Hà Nội, ngày

tháng năm 2012
Tác giả luận án

Vũ Thị Ngọc Bích


III

LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi với sự
giúp đỡ của tập thể các nhà khoa học.
Các số liệu và kết quả trong luận án là trung thực, khách quan, một
phần của luận án đã được công bố trên các tạp chí khoa học với sự đồng ý
của đồng tác giả, phần còn lại chưa công bố trong bất kỳ công trình khoa học
nào.
Tác giả luận án

Vũ Thị Ngọc Bích


IV

MỤC LỤC

MỤC LỤC .............................................................................................................

Tr
IV

DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT ...............................................................................

VIII

DANH MỤC CÁC BẢNG .....................................................................................

X

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ VÀ ĐỒ THỊ ............................................................

XI

MỞ ĐẦU .............................................................................................................

1

CHƯƠNG 1 – TỔNG QUAN .........................................................................

5

1.1 GIỚI THIỆU CÂY KHOAI LANG ......................................................

5

1.1.1 Lịch sử phát triển ......................................................................

5

1.1.2 Đặc tính thực vật và phân loại...................................................

5

1.1.3 Thành phần hóa học của củ khoai lang......................................

7

1.1.4 Giá trị kinh tế và sử dụng .........................................................

8

1.2 GIỚI THIỆU CÂY DONG GIỀNG .................................................................

1.2.1 Lịch sử phát triển.......................................................................

9
9

1.2.2 Đặc tính thực vật và phân loại...................................................

10

1.2.3 Thành phần hóa học..................................................................

12

1.2.4 Giá trị kinh tế và sử dụng ..........................................................

12

1.3 GIỚI THIỆU VỀ TINH BỘT ..........................................................

13

1.3.1 Thành phần hóa học của tinh bột...............................................

13

1.3.2 Cấu trúc hạt tinh bột .................................................................

20

1.3.2.1 Hình dáng, kích thước hạt tinh bột.....................................

20

1.3.2.2 Cấu trúc hạt .........................................................................

21

1.3.3 Tính chất của tinh bột.................................................................

23

1.4. BIẾN TÍNH TINH BỘT .......................................................................

1.4.1 Biến tính tinh bột bằng phương pháp vật lý .............................

34
35


V

1.4.2 Biến tính tinh bột bằng phương pháp hóa học .............................

38

1.4.3 Biến tính tinh bột bằng enzym .....................................................

45

1.4.3 Ứng dụng của tinh bột biến tính trong công nghiệp thực phẩm

48

1.4.4 Một số nghiên cứu biến tính tinh bột bằng phương pháp oxy
hóa ......................................................................................................

50

CHƯƠNG 2.NGUYÊN LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
2.1 NGUYÊN LIỆU ...........................................................................................

2.1.1 Dong giềng củ tươi ...................................................................

51
51

2.1.2 Khoai lang củ tươi ....................................................................

51

2.1.3 Tinh bột khoai lang, dong giềng ................................................

52

2.2 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ....................................................................

52

2.2.1 Các phương pháp phân tích hóa lý ...........................................

52

2.2.1.1 Phương pháp xác định hàm ẩm ..........................................

52

2.2.1.2 Xác định vi ảnh tinh bột ......................................................

52

2.2.1.3 Xác định nhiệt độ hồ hóa ....................................................

52

2.2.1.4 Phương pháp xác định độ nhớt bằng nhớt kế Oswald ........

53

2.2.1.5 Xác định độ hòa tan của tinh bột.........................................

53

2.2.1.6 Xác định độ bền gel ...........................................................

54

2.2.1.7 Phương pháp xác định độ xốp xủa bich quy........................

54

2.2.1.8 Phương pháp xác định độ trắng của tinh bột .....................

55

2.2.1.9 Phương pháp xác định kích thước tinh bột .......................

55

2.2.2 Các phương pháp phân tích hóa sinh .......................................

55

2.2.2.1 Phương pháp phân tích hàm lượng tinh bột, đường ............

55

2.2.2.2 Phương pháp phân tích hàm lượng protein ........................

56

2.2.2.3 Phương pháp xác định hàm lượng lipit ...............................

57

2.2.2.4 Phương pháp xác định hàm lượng xenluloza .....................

57

2.2.2.5 Phương pháp xác định hàm lượng amyloza, amylopectin ..

57


VI

2.2.2.6 Xác định mức độ trùng hợp trung bình của tinh bột ..........

61

2.2.2.7 Xác định hàm lượng nhóm cacboxyl của tinh bột oxy hóa

62

2.2.2.8 Phương pháp xác định chỉ số khử ......................................

62

2.2.2.9 Phương pháp xác định khả năng đường hóa .......................

63

2.2.2.10 Phương pháp xác định khả năng lên men ........................

64

2.2.3 Các quy trình chế biến ..............................................................
2.2.3.1 Quy trình tách thu tinh bột từ củ dong giềng và khoai lang

65

2.2.3.2 Quy trình biến tính tinh bột bằng KMnO4 ..........................

65

2.2.3.3 Quy trình biến tính tinh bột bằng NaClO .........................

67

2.2.4 Phương pháp đánh giá cảm quan ..............................................

68

2.2.5 Phương pháp toán học...............................................................

69

2.2.5.1 Phương pháp xử lý số liệu...................................................

69

2.2.5.2 Phương pháp phân tích tương quan.....................................

69

5.2.5.3 Phương pháp quy hoạch thực nghiệm..................................

69

CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ BIỆN LUẬN
3.1 NGHIÊN CỨU THÀNH PHẦN, TÍNH CHẤT NGUYÊN LIỆU...
3.1.1 Thành phần hóa học của nguyên liệu củ .................................

70

3.1.2 Thành phần hóa học của tinh bột .............................................

71

3.1.3 Một số tính chất của tinh bột ...................................................
3.2 KHẢO SÁT CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN QUÁ TRÌNH
BIẾN TÍNH TINH BỘT BẰNG KMnO4 ............................................
3.2.1 Ảnh hưởng của nồng độ KMnO4 .............................................

73

3.2.2 Ảnh hưởng của thời gian biến tính .........................................

80

3.2.3 Ảnh hưởng của nhiệt độ biến tính ...........................................

82

3.3 KHẢO SÁT CÁC YẾU TỐA ẢNH HƯỞNG ĐẾN QUÁ TRÌNH
BIẾN TÍNH TINH BỘT BẰNG NaClO ...............................................
3.3.1 Ảnh hưởng của nồng độ NaClO ...............................................

77
77

85


VII

3.3.2 Ảnh hưởng của thời gian biến tính ...........................................

86

3.3.3 Ảnh hưởng của nhiệt độ biến tính ............................................

87

3.4 TỐI ƯU HÓA CÁC QUÁ TRÌNH BIẾN TÍNH
3.4.1 Tối ưu hóa biến tính tinh bột dong riềng bằng KMnO4 ...........

91

3.4.2 Tối ưu hóa biến tính tinh bột khoai lang bằng NaClO .............

98

3.5 NGHIÊN CỨU MỘT SỐ TÍNH CHẤT CỦA TINH BỘT BIẾN TÍNH THEO

105

PHƯƠNG ÁN TỐI ƯU
3.6. NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG TINH BỘT BIẾN TÍNH SẢN XUẤT MỘT SỐ
SẢN PHẨM

111

3.5.1 Nghiên cứu sử dụng tinh bột dong biến tính để sản xuất giò
chay ..................................................................................................

111

3.6.2 Nghiên cứu sử dụng tinh bột dong biến tính làm phụ gia sản

113

xuất sữa chua .....................................................................................
3.6.3 Nghiên cứu ứng dụng tinh bột khoai lang biến tính bằng

115

NaClO trong sản xuất nước mắm dạng kem......................................
3.6.4 Nghiên cứu ứng dụng tinh bột khoai lang biến tính bằng

119

NaClO trong sản xuất bánh qui .......................................................
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ

122

DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH ĐÃ CÔNG BỐ

124

TÀI LIỆU THAM KHẢO

125

PHỤ LỤC


VIII

DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT
AOAC

Association of Official Analitical Chemits

(Tập hợp các phép phân tích hóa học)

Am

Amyloza

ANOVA

Analysis of Variance (phân tích sự khác nhau)

Ap

Amylopectin

DSC

Differential Scaning Calorimeter (Giản đồ biến đổi
nhiệt)

FAO

Food and Ảgricunture Organization of the united
Nations (Tổ chứac Lương- Nông thuộc Liên hiệp quốc)

KDn1 ... KDn7

Mẫu biến tính tinh bột dong bằng KMnO4 ở mức nồng
độ thứ 1 đến thứ 7

KLn1 ... KLn7

Mẫu biến tính tinh bột khoai lang bằng KMnO4 ở mức
nồng độ thứ 1 đến thứ 7

KDt1 ... KDt5

Mẫu biến tính tinh bột dong bằng KMnO4 ở mức nhiệt
độ thứ 1 đến thứ 5

KLt1 ... KLt5

Mẫu biến tính tinh bột khoai lang bằng KMnO4 ở mức
nhiệt độ thứ 1 đến thứ 5

KDtg1 ... KDtg5

Mẫu biến tính tinh bột dong bằng KMnO4 ở mức thời
gian thứ 1 đến thứ 5

KLtg1 ... KLtg5

Mẫu biến tính tinh bột khoai lang bằng KMnO4 ở mức
thời gian thứ 1 đến thứ 5

JDn1 ... JDn7

Mẫu biến tính tinh bột dong bằng NaClO ở mức nồng
độ thứ 1 đến thứ 7

JLn1 ... JLn7

Mẫu biến tính tinh bột khoai lang bằng NaClO ở mức


IX

nồng độ thứ 1 đến thứ 7
JDt1 ... JDt5

Mẫu biến tính tinh bột dong bằng NaClO ở mức nhiệt
độ thứ 1 đến thứ 5

JLt1 ... JLt5

Mẫu biến tính tinh bột khoai lang bằng NaClO ở mức
nhiệt độ thứ 1 đến thứ 5

JDtg1 ... JDtg5

Mẫu biến tính tinh bột dong bằng NaClO ở mức thời
gian thứ 1 đến thứ 5

JLtg1 ... JLtg5

Mẫu biến tính tinh bột khoai lang bằng NaClO ở mức
thời gian thứ 1 đến thứ 5

SEM

Scaning Electronic Microscope (kính hiển vi điện tử

quét

TCVN

Tiêu chuẩn Việt Nam


X

DANH MỤC CÁC BẢNG
Bảng 1.1. Thành phần hóa học của củ khoai lang .................................

8

Bảng 1.2. thành phần hóa học của củ dong giềng ...................... ..........

12

Bảng 1.3. Hàm lượng Am của một số tinh bột ......................................

13

Bảng 1.4. Kích thước của một số loại tinh bột ......................................

20

Bảng 2.1.Tỷ lệ pha dung dịch chuẩn Am/Ap …………….....………...

59

Bảng 3.1. Các thành phần chính của nguyên liệu nghiên cứu ................

70

Bảng 3.2.Thành phần hóa học của tinh bột nghiên cứu .........................

70

Bảng 3.3. Giá trị mật độ quang của các dung dịch chuẩn .....................

71

Bảng 3.4. Một số tính chất của tinh bột khoai lang và dong riềng...........

77

Bảng 3.5.Giá trị mã hóa và thực nghiệm của các yếu tố thực nghiệm
biến tính tinh bột dong ..........................................................................

92

Bảng 3.6. Ma trận thực nghiệm và kết quả biến tính tinh bột dong
riềng ......................................................................................................

92

Bảng 3.7. Giá trị mã hóa và thực nghiệm của các yếu tố thực nghiệm
biến tính tinh bột khoai lang ..................................................................

98

Bảng 3.8. Ma trận thực nghiệm và kết quả biến tính tinh bột khoai lang

99

Bảng 3.9. Các thông số của tinh bột dong riềng ....................................

107

Bảng 3.10. Các thông số của tinh bột khoai lang .................................

108

Bảng 3.11. Chất lượng cảm quan giò chay............................................. 112
Bảng 3.12 Độ bền gel của giò chay ........................................................

113

Bảng 3.13.Điểm đánh giá cảm quan sữa chua ....................................... 115
Bảng 3.14.Giá trị trung bình độ OD của các mẫu mắm .........................

117

Bảng 3.15. mức độ ưa thích của các mẫu mắm ...................................... 117
Bảng 3.16. Giá trị trung bình độ xốp các mẫu bánh quy ........................ 119
Bảng 3.17. Điểm đánh giá cảm quan trung bình của các thành viên cho


XI

bich quy .................................................................................................. 120


XII

DANH MỤC CÁC HÌNH VỄ
Hình 1.1 Cây và củ khoai lang ................................................................

6

Hình 1.2 Cây và củ dong giềng ...............................................................

11

Hình 1.3 Cấu trúc mạch amyloza .............................................................

14

Hình 1.4. Cấu tạo phân tử amylopectin ...................................................

17

Hình 1.5. Mô hình cấu tạo phân tử amylopectin của tinh bột khoai tây ...

18

Hình 1.6. Ảnh một số tinh bột với độ phóng đại khác nhau ....................

21

Hình 1.7. Ảnh chụp cấu trúc phân tầng hạt tinh bột

khoai

tây.......................................................................................................

22

Hình 1.8. Cấu trúc vòng của các mẫu tinh bột ..........................................

22

Hình 1.9. Mô hình cấu trúc amyloza và amilopectin trong các lớp kết
tinh và vô định hình ........................................................................

23

Hình 1.10. Mô hình hạt tinh bột hồ hóa(B), thoái hóa(C) .......................

31

Hình 1.11.Mô hình tạo liên kết ngang giữa trimetaphotphat và tinh bột..

41

Hình 1.12.Cơ chế tác dụng của α- amilaza lên liên kết α- 1,4 glucozit
của phân tử tinh bột ............................................................................
Hình 1.13.Cơ chế tác dụng của β - amilaza lên liên kết α- 1,4 glucozit
của phân tử tinh bột ..................................................................................
Hình1.14. Cơ chế tác dụng của Pululanaza lên liên kết α- 1,6 glucozit

của phân tử tinh bột ...........................................................................
Hình2.1. Dong riềng Hưng yên .............................................................
Hình 2.2. Dong riềng Tuyên Quang .......................................................
Hình 2.3. Khoai lang Hà Bắc .................................................................
Hình 2.4. Khoai lang Hoàng Long ........................................................
Hình 2.5. Sơ đồ quy trình thí nghiệm xác định khả năng đường hóa ......

46
47
48
51
51
52
52
63

Hình 2.6. Sơ đồ quy trình thí nghiệm xác định khả năng lên men ...........

64

Hình 2.7. Sơ đồ quy trình tách tinh bột từ củ ..........................................

65

Hình 2.8. Sơ đồ quy trình biến tính tinh bột bằng KMnO4 .....................

67

Hình 2.9.Sơ đồ quy trình biến tính tinh bột bằng NaClO .........................

68


XIII

Hình3.1 Đồ thị biến thiên mật độ quang (OD) theo hàm lượng Am (%)

72

Hình 3.2. Vi ảnh tinh bột khoai lang Hoàng Long .................................

73

Hình 3.3. Vi ảnh tinh bột dong riềng Hưng Yên .....................................

74

Hình 3.4. Biểu đồ phân bố kích thước hạt tinh bột khoai lang Hoàng
Long ................................................................................................

75

Hình 3.5. Biểu đồ phân bố kích thước hạt tinh bột dong riềng Hưng Yên

75

Hình 3.6.Giản đồ DSC xác định nhiệt độ hồ hóa của tinh bột dong riềng

76

Hình 3.7.Giản đồ DSC xác định nhiệt độ hồ hóa của tinh bột khoai lang

76

Hình 3.8. Ảnh hưởng của nồng độ KMnO4 đến độ nhớt tinh bột ............

78

Hình 3.9. Ảnh hưởng của nồng độ KMnO4 đến độ hòa tan tinh bột .......

78

Hình 3.10. Ảnh hưởng của nồng độ KMnO4 đến độ bền gel của tinh bột

78

Hình 3.11. Ảnh hưởng của thời gian biến tính đến độ nhớt tinh bột biến
tính bằng KMnO4 ..............................................................................

79

Hình 3.12. Ảnh hưởng của thời gian biến tính đến độ hòa tan tinh bột
biến tính bằng KMnO4 .......................................................................

80

Hình 3.13. Ảnh hưởng của thời gian biến tính đến độ bền gel tinh bột
biến tính bằng KMnO4 .......................................................................

80

Hình 3.14. Ảnh hưởng của nhiệt độ biến tính đến độ nhớt tinh bột biến
tính bằng KMnO4 ..............................................................................

81

Hình 3.15. Ảnh hưởng của nhiệt độ biến tính đến độ hòa tan tinh bột
biến tính bằng KMnO4 ......................................................................

81

Hình 3.16. Ảnh hưởng của nhiệt độ biến tính đến độ bền gel tinh bột
biến tính bằng KMnO4 .......................................................................

81

Hình 3.17.Ảnh hưởng của nồng độ NaClO đến độ nhớt tinh bột biến
tính ………………………………………………………………...
Hình 3.18. Ảnh hưởng của nồng độ NaClO đến độ hòa tan tinh bột biến

85


XIV

tính ...................................................................................................

85

Hình 3.19. Ảnh hưởng của nồng độ NaClO đến độ bền gel tinh bột biến

tính ...................................................................................................

86

Hình 3.20. Ảnh hưởng của thời gian biến tính đến độ nhớt tinh bột biến
tính bằng NaClO ..............................................................................

87

Hình 3.21. Ảnh hưởng của thời gian biến tính đến độ hòa tan tinh bột
biến tính bằng NaClO .....................................................................

87

Hình 3.22. Ảnh hưởng của thời gian biến tính đến độ bền gel tinh bột
biến tính bằng NaClO ......................................................................

87

Hình 3.23. Ảnh hưởng của nhiệt độ biến tính đến độ nhớt tinh bột biến
tính bằng NaClO ..............................................................................

88

Hình 3.24. Ảnh hưởng của nhiệt độ biến tính đến độ hòa tan tinh bột
biến tính bằng NaClO ......................................................................

88

Hình 3.25. Ảnh hưởng của nhiệt độ biến tính đến độ bền gel tinh bột

biến tính bằng NaClO ......................................................................

89

Hình 3.26.Mức độ đáp ứng sự mong đợi-biến tính tinh bột dong riềng...

97

Hình 3.27.Mức độ đáp ứng sự mong đợi- biến tính tinh bột khoai lang... 104
Hình3.28. Đồ thị phân bố kích thước tinh bột dong riềng biến tính .......

106

Hình 3.29 Giản đồ DSC xác định nhiệt đồ hồ hóa của tinh bột dong
riềng biến tính ..................................................................................
Hình 3.30. Vi ảnh tinh bột dong riềng gốc (A) và biến tính (B) ..............
Hình 3.31. Đồ thị phân bố kích thước tinh bột khoai lang biến tính........
Hình 3.32 Giản đồ DSC xác định nhiệt đồ hồ hóa của tinh bột khoai
lang biến tính.....................................................................................
Hình 3.33. Vi ảnh tinh bột khoai lang gốc (A) và biến tính (B)

106

Hình 3.34. Sơ đồ quy trình chế biến giò chay .......................................

112

Hình 3.35. Sơ đồ quy trình sản xuất sữa chua ........................................

115

Hình 3.36. Sơ đồ quy trình sản xuất nước mắm dạng kem ....................

117

107
108
109
110


XV

Hình 3.37. Sơ đồ quy trình sản xuất bich quy ......................................... 120


1

1. Tính cấp thiết của luận án

MỞ ĐẦU

Nước ta nằm ở vùng khí hậu nhiệt đới gió mùa rất thuận lợi cho việc phát
triển nhiều loại cây trồng nói chung và cây lương thực nói riêng. Cây lương thực
chiếm một vị trí quan trọng trong sản xuất nông nghiệp và là nguồn nguyên liệu
chủ yếu của công nghiệp sản xuất tinh bột.
Với sự phát triển của khoa học, tinh bột càng ngày càng được ứng dụng rất
nhiều, đặc biệt là ngành công nghệ thực phẩm. Tuy nhiên, những tính chất của
tinh bột nguyên gốc vẫn chưa đáp ứng được một cách tốt nhất cho những sản
phẩm công nghiệp hiện nay. Xuất phát từ thực tế đó người ta đã tiến hành biến

tính tinh bột để tạo ra những tính chất mới phù hợp với yêu cầu sản xuất nhằm
đạt được những sản phẩm có chất lượng tốt hơn, giá trị cảm quan cao hơn và tạo
ra những sản phẩm mới đáp ứng nhu cầu ngày càng cao của con người.
Ở nước ta, nguồn tinh bột nguyên liệu rất dồi dào và phong phú, song có
nhiều sản phẩm vẫn phải sử dụng tinh bột biến tính nhập ngoại, làm tăng giá
thành sản phẩm và nhiều khi không thuận lợi trong sản xuất. Trong các nguồn
tinh bột, các loại củ giàu tinh bột có nhiều đặc tính thuận lợi cho khai thác như
hàm lượng tinh bột cao, kết cấu củ mềm, giá thành hạ. Cây khoai lang và dong
riềng là hai loại cây có củ giàu tinh bột được trồng phổ biến và lâu đời ở nước ta.
Tinh bột dong riềng có hàm lượng Am cao hứa hẹn khả năng tạo gel tốt. Tinh
bột khoai lang có hàm lượng Ap cao sẽ có khả năng tạo độ nhớt lớn. Với việc
biến tính, tạo thêm hoặc cải thiện các tính chất tự nhiên của hai loại tinh bột này
hứa hẹn nhiều ứng dụng tốt trong công nghệ thực phẩm, giảm thiểu việc nhập
ngoại các loại tinh bột biến tính và phụ gia thực phẩm trong tương lai.
Xuất phát từ thực tế đó, đề tài “Nghiên cứu biến tính tinh bột từ dong
riềng, khoai lang và ứng dụng trong sản xuất một số thực phẩm” được tiến hành
với mục tiêu nghiên cứu sự thay đổi một số tính chất quan trọng của tinh bột
dong riềng và khoai lang nhằm hướng tới khả năng ứng dụng cho sản xuất thực


2

phẩm, làm tăng giá trị kinh tế của tinh bột nói riêng và các sản phẩm nông sản
nói chung, góp phần thúc đẩy phát triển nông nghiệp và công nghiệp chế biến
thực phẩm.
2. Mục tiêu nghiên cứu
- Nghiên cứu một số tính chất của tinh bột khoai lang và dong riềng.
- Nghiên cứu biến tính tinh bột dong riềng, tinh bột khoai lang bằng
phương pháp oxy hóa bằng tác nhân KMnO4 và NaClO.
- Nghiên cứu chế độ công nghệ biến tính tinh bột khoai lang, dong riềng

thu tinh bột biến tính đáp ứng các tính chất công nghệ thích hợp trong sản xuất
một số thực phẩm.
- Nghiên cứu thử nghiệm sử dụng tinh bột biến tính trong sản xuất một số
sản phẩm thực phẩm.
3. Nội dung nghiên cứu
- Xác định thành phần cơ bản của nguyên liệu dong riềng, khoai lang và
tinh bột tách ra từ chúng.
- Nghiên cứu thành phần và một số tính chất của tinh bột khoai lang và
dong riềng.
- Nghiên cứu biến tính tinh bột dong riềng, tinh bột khoai lang bằng
phương pháp oxy hóa sử dụng hai tác nhân KMnO4 và NaClO, tìm ra phương án
biển tính tối ưu để có được sản phẩm tinh bột biến tính có những tính chất công
nghệ phù hợp với việc ứng dụng cho một số sản phẩm thực phẩm.
- Xác định một số đặc tính của tinh bột biến tính so sánh với tinh bột chưa
biến tính.
- Nghiên cứu áp dụng tinh bột biến tính để sản xuất một số sản phẩm thực
phẩm.
4. Ý nghĩa khoa học


3

- Đây là công trình nghiên cứu về biến tính tinh bột hướng tới mục tiêu
khả năng tạo gel, tạo nhớt và hòa tan của tinh bột biến tính.
- Công trình nghiên cứu biến tính tinh bột hướng tới các tính chất chức
năng của tinh bột sẽ có nhiều thuận lợi trong việc áp dụng kết quả nghiên cứu
cho các loại sản phẩm với những tính chất đặc thù khác nhau.
- Công trình đề cập nghiên cứu khả năng chuyển hóa sinh học của tinh bột
biến tính, là cơ sở để tiến tới nghiên cứu, xem xét mức độ an toàn, khả năng tiêu
hóa của các tinh bột biến tính đã và đang được sử dụng trong sản xuất thực

phẩm.
5. Ý nghĩa thực tiễn
- Xây dựng được chế độ biến tính tinh bột khoai lang bằng NaClO có thể
ứng dụng trong sản xuất một số sản phẩm thực phẩm nhằm cải thiện độ nhớt, độ
dẻo, độ phồng nở.
- Xây dựng được chế độ biến tính tinh bột dong riềng bằng KMnO4 có thể
ứng dụng cho các sản phẩm cần cải thiện độ bền gel.
- Sử dụng tinh bột biến tính vào quy trình sản xuất một số sản phẩm thực
phẩm có khả năng ứng dụng vào thực tế sản xuất.
- Các sản phẩm tinh bột biến tính có khả năng ứng dụng thay thế các tinh
bột biến tính nhập ngoại, giúp tăng giá trị kinh tế cho nông sản, thúc đẩy phát
triển sản xuất nông nghiệp cũng như công nghiệp chế biến thực phẩm của nước
nhà.
6. Những điểm mới của đề tài
- Nghiên cứu về sự thay đổi độ bền gel của tinh bột khoai lang và tinh bột
dong riềng biến tính bằng phương pháp oxy hóa.
- Nghiên cứu biến tính tinh bột để có được các tính chất công nghệ thích
hợp cho việc ứng dụng sản xuất một số loại sản phẩm thực phẩm.


4

- Nghiên cứu về khả năng chuyển hóa sinh học của tinh bột biến tính bởi
enzym thủy phân tinh bột và nấm men.
- Đóng góp thêm các thông tin về thành phần hóa học, tính chất của tinh
bột khoai lang và dong riềng.


5

Chương 1

TỔNG QUAN
1.1 GIỚI THIỆU VỀ KHOAI LANG
1.1.1 Lịch sử phát triển
Khoai lang (Ipomoea batatas) là cây hai lá mầm thuộc họ Bìm bìm
(Convolvulaceae). Trong số khoảng 50 loài và hơn 1000 giống thuộc họ Bìm
bìm, chỉ có khoai lang là cây lương thực quan trọng có giá trị kinh tế [73].
Cây khoai lang có nguồn gốc từ Nam Mỹ. Những mẫu khoai lang khô thu
được tại hang Chilca Canyon (Peru) sau khi phân tích phóng xạ cho thấy chúng
có độ tuổi từ 8.000 đến 10.000 năm. Trước khi Colombo phát hiện ra châu Mỹ,
cây khoai lang đã được trồng tại Trung Mỹ, Nam Mỹ, vùng Caribbe, Polynesia,
New Zealand [126]. Vào năm 1492, trong chuyến vượt biển tìm ra châu Mỹ,
Colombo đã phát hiện ra khoai lang được trồng ở Hispaniola và Cuba. Từ đó,
cây khoai lang mới thực sự lan rộng ở châu Mỹ và di thực ra khắp thế giới [23].
Đầu tiên, nó được đưa về Tây Ban Nha, sau đó du nhập vào châu Phi, Ấn Độ,
Philippines, Trung Quốc, Nhật Bản…[49]
Theo các tài liệu cổ như sách Thực vật bản thảo, Lĩnh Nam tạp kỉ của Lê
Quý Đôn thì cây khoai lang có thể được đưa vào nước ta từ đảo Luzon
(Philippines) vào khoảng cuối thời kì nhà Minh cai trị nước ta. Theo Biên niên
lịch sử cổ trung đại Việt Nam (NXB Khoa học xã hội, 1987): “Năm Mậu Ngọ
(1558), khoai lang từ Philippines được đưa vào Việt Nam…”. Như vậy, cây
khoai lang đã có mặt tại Việt Nam cách đây gần 450 năm [23],[9].
1.1.2 Đặc tính thực vật và phân loại
• Đặc tính thực vật
Khoai lang là loài cây thân thảo dạng dây leo, thân bò, có nhựa ở thân và
củ. Lá khoai lang mọc so le hình tim hay xẻ thùy chân vịt, các hoa có tràng hợp
và kích thước trung bình. Rễ củ ăn được có hình dáng thuôn dài và thon, lớp vỏ

6

nhẵn nhụi có màu từ đỏ, tím, nâu hay trắng. Lớp cùi thịt có màu từ trắng, vàng,
cam hay tím.
Củ khoai lang là bộ phận rễ phình to chứa tinh bột, mỗi thân khoai lang có
thể cho 40-50 củ. Các loại khoai có kích thước, hình dạng, màu sắc, các đặc tính
về bảo quản, dinh dưỡng và chế biến khác nhau. Chiều dài củ có thể từ vài
centimet tới trên 30cm, khối lượng củ từ 100g tới 1kg [4].

Hình 1.1. Cây và củ khoai lang
Cấu tạo của củ khoai lang gồm có 3 phần là vỏ bao, vỏ cùi và thịt củ [13]. Khoai
lang là loại củ không có lõi, từ cuống củ nối với thân cây có hệ thống xơ chạy
dọc theo củ [2]. Các mắt củ có thể là rễ nhỏ hay mầm.
Phần vỏ bao chiếm khoảng 1% khối lượng toàn củ, gồm những tế bào hình
tứ giác, có thành dày chứa sắc tố, xếp hàng ngang và xít nhau. Thành tế bào chủ
yếu gồm xenluloza, bảo vệ củ chống lại các tác động cơ học.
Phần vỏ cùi có ranh giới không rõ rệt với thịt củ, chiếm 5 – 10% khối
lượng toàn củ. Vỏ cùi gồm những tế bào dạng tinh thể, thành mỏng, chứa tinh
bột, nguyên sinh chất, dịch thể (chất mủ), sắc tố, enzym.
Phần thịt củ gồm những tế bào nhu mô chứa tinh bột, đường, các hợp chất
nitơ, các nguyên tố vi lượng…[9].
• Phân loại
Người ta có nhiều cách phân loại khoai lang
a.Theo mục đích sử dụng:


7

- Các giống dùng cho chế biến tinh bột có năng suất củ cao, hàm lượng tinh
bột lớn như khoai Hoàng Long, KB1…

- Các giống dùng để ăn củ tươi có hàm lượng chất khô lớn, đặc biệt là hàm
lượng tinh bột và đường tự do cao, chất lượng thơm ngon như khoai Lim, Hoàng
Long…
- Các giống sử dụng thân, lá làm rau cho người và dùng trong chăn nuôi có
năng suất lá cao, củ ngọt, năng suất củ trung bình như KL5, K51…[9]
b.Theo mùa vụ trồng:
- Vụ Đông (trồng tháng 9-10, thu hoạch tháng 1-2 năm sau, chủ yếu ở đồng
bằng, trung du Bắc bộ và Bắc Khu 4 cũ).
- Vụ Đông Xuân (trồng tháng 11-12, thu hoạch tháng 4-5 năm sau, có thể
trồng trên đất xen canh với lúa, ở tất cả các vùng trừ vùng núi cao).
- Vụ Xuân (trồng tháng 2-3, thu hoạch tháng 6-7, trên cả nước).
- Vụ Hè Thu (trồng tháng 5-6, thu hoạch tháng 8-10, chủ yếu ở các tỉnh
phía Nam).
Khoai lang cũng có thể được phân loại theo màu sắc vỏ khoai, màu sắc
thịt củ… [4],[24]
1.1.3 Thành phần hóa học của củ khoai lang
*Gluxit: Là thành phần chủ yếu, chiếm tỉ lệ lớn nhất và có ý nghĩa nhất
trong củ khoai lang. Hàm lượng gluxit chiếm tới 80 – 90% chất khô tương
đương 24 – 27% trọng lượng củ tươi.
- Tinh bột: là thành phần chủ yếu trong các chất gluxit. Hàm lượng tinh
bột trung bình của khoai lang khoảng 60 – 70% chất khô, tương đương với
khoảng 18% trọng lượng củ tươi. Với các giống khoai Việt Nam con số này dao
động trong khoảng khá lớn 9,3 – 31,2% , nói chung khoai trồng vụ xuân hè có
hàm lượng tinh bột cao hơn vụ đông [38].


8

- Đường: trong khoai có hàm lượng khá cao. Các kết quả nghiên cứu
khoai lang ở Việt nam vào vụ đông năm 2000 có hàm lượng đường khoảng

13,98 – 22,7 % [38]. Đường trong khoai lang vừa có giá trị dinh dưỡng vừa đem
lại giá trị cảm quan cho sản phẩm, đặc biệt các sản phẩm chế biến trực tiếp từ củ
tươi.
*Protein: Hàm lượng protein của khoai phụ thuộc vào giống, điều kiện khí
hậu, đất đai, kĩ thuật canh tác, mùa vụ…Hàm lượng protein thô của khoai lang
biến động trong khoảng khá lớn 1,3 – 10% chất khô [13].
Các chất khác
*Vitamin: So với các loại cây hoa màu khác vitamin trong khoai tương đối
cao, trong đó có các loại B1, B2, PP, C, một số loại khoai thịt củ màu vàng, nghệ
có hàm lượng caroten khá cao. Theo số liệu viện dinh dưỡng công bố các loại
khoai Việt Nam có hàm lượng vitamin thay đổi từ 23 đến 30mg/100g [11].
Trong khoai lang cũng có các chất khoáng, chất béo thì rất ít.
*Hợp chất polyphenol: Trong củ khoai có chứa một số hợp chất
polyphenol, với hàm lượng khoảng 0,16% phân bố khá đều trong vỏ và thịt củ.
Hiện tượng oxy hóa hợp chất polyphenol là nguyên nhân chính gây màu thâm
đen cho các sản phẩm chế biến từ củ, giảm độ trắng của tinh bột khoai lang [19].
Củ khoai lang khi nảy mầm lượng enzym amylaza tăng lên đáng kể khiến cho
hàm lượng đường tăng lên [9], [10].
Bảng 1.1. Thành phần hóa học của củ khoai lang, trên 100g củ [2]
% ăn
được

Muối khoáng (mg%)

Các thành phần chính (g%)
Nước

Protit

Lipit

Gluxit

Xenlu-

Tro

Ca

P

Fe

loza

82

55,8

0,6

0,2

23,4

1,0

1.1.4 Giá trị kinh tế và sử dụng

Vitamin (mg%)

Caro

B1

B2

PP

C

0,04

0,04

0,5

19

ten
1,0

27,9

40,2

0,8

0,25