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
Tinh bột khoai lang được chiết tách từ củ tươi theo quy trình được trình bày trong Mục 2.2.1. Hiệu quả thu hồi tinh bột được đánh giá thông qua tỷ lệ thu hồi tinh bột và hàm lượng tinh bột được xác định từ các mẫu khoai lang tương ứng. Số liệu phân tích được trình bày trong Bảng 3.1.
Bảng 3.1. Ảnh hưởng của giống đến tỉ lệ thu hồi tinh bột khoai lang
Tên giống Hàm lượng tinh bột Tỉ lệ thu hồi tinh bột
(% chất khô) (%) HLC 88,0 ± 0,4d 11,58 HLM 68,4 ± 3,8b 10,20 NGL 60,8 ± 1,0a 10,89 NDL 68,6 ± 2,4b 11,28 NRT 78,1 ± 2,7c 10,82 NRV 81,4 ± 1,6c 11,16
(HLC: Hoàng Long cũ; HLM: Hoàng Long mới; NGL: Nhật Gia Lai; NDL: Nhật Đà Lạt; NRT: Nhật ruột trắng; NRV: Nhật ruột vàng)
Dữ liệu trình bày trong Bảng 3.1 chỉ ra hàm lượng tinh bột trong củ khoai lang tươi thay đổi phụ thuộc theo giống cây và vùng canh tác. Cụ thể, sáu mẫu khoai lang có hàm lượng tinh bột dao động từ 60,8 đến 88,0% (tính theo chất khô). Giống khoai chứa nhiều tinh bột nhất là HLC và NRV, lần lượt đạt 88,0% và 81,4%. Hàm lượng tinh bột của NGL là thấp nhất, đạt 60,8%. Giá trị này cũng tương tự như hàm lượng tinh bột thu được từ các giống khoai lang đã được báo cáo trước đây như hàm lượng tinh bột của ba giống khoai lang Trung Quốc thay đổi từ 57,5% đến 75,7% [217] và mười một giống khoai lang Lilongwe (Malawi) chiếm từ 54,72% đến 95,09% [218].
Bên cạnh đó, tỷ lệ thu hồi tinh bột từ 6 giống tinh bột khoai lang cũng được trình bày trong Bảng 3.1. Kết quả nghiên cứu chỉ ra có sự chênh lệch không đáng kể giữa các giống khoai, dao động từ 10,20% đến 11,58%. Năng suất thu hồi này gần tương đương với tỷ lệ chiết xuất tinh bột từ củ tươi theo quy trình xử lí truyền thống và quy mô lớn ở Trung Quốc, với tỷ lệ thu hồi thường không vượt quá 12% tới 15% [219]. Ngoài ra, kết quả cũng chỉ ra không có mối quan hệ tương quan rõ ràng giữa hàm lượng tinh bột của củ và tỷ lệ tinh bột chiết xuất được từ các giống khoai. Hàm lượng tinh bột của khoai lang HLC (88,0%) cao hơn đáng kể so với tinh bột NDL (68,6%) nhưng tỷ lệ tinh bột thu nhận được của chúng gần tương đương nhau
(11,58% và 11,28%). Bên cạnh đó, khoai lang NRT có hàm lượng tinh bột (78,1%) cao hơn nhiều so với khoai lang NDL (68,6%) nhưng tỷ lệ tinh bột thu nhận được
thấp hơn, lần lượt là 10,82% và 11,28%. Tương tự, khoai lang HLM có tỷ lệ thu hồi tinh bột thấp nhất nhưng hàm lượng tinh bột thấp nhất lại thuộc về khoai lang NGL. Kết quả này đã chứng minh rằng hàm lượng tinh bột cao trong củ tươi không quyết định tỷ lệ tinh bột chiết xuất được lớn [220].
Như vậy, trong trường hợp để chọn được giống khoai lang cho hiệu quả thu hồi tinh bột cao, ngoài năng suất thu hoạch của các giống khoai lang và hàm lượng tinh bột của chúng thì tỷ lệ chiết xuất của tinh bột là một tiêu chí quan trọng cần được kể đến.
3.1.2. Thành phần amylose của tinh bột các giống khoai lang Việt Nam
Hàm lượng amylose có tác động quan trọng đến cấu trúc cũng như ứng dụng của tinh bột khoai lang. Kết quả phân tích thành phần amylose của các tinh bột khoai lang được trình bày trong Bảng 3.2.
Bảng 3.2. Hàm lượng amylose trong các loại tinh bột khoai lang
Tên giống khoai Hàm lượng amylose (% tinh bột) 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
Hàm lượng amylose trong tinh bột của sáu giống khoai thay đổi từ 15,08% đến 26,25%. Kết quả cho thấy sự khác biệt với ba giống khoai lang trắng (Vĩnh Long), khoai lang vàng (Đắc Nông), khoai lang tím (Đồng Tháp) được nghiên cứu bởi Lưu Bùi Bảo Ngọc và cộng sự (2017) [5], với thành phần amylose lần lượt chiếm 21,6%, 22,9% và 19,0%. Như vậy, tinh bột từ các nguồn thu nhận khác nhau cho thấy sự khác biệt về hàm lượng amylose, trong đó, NGL và NDL cho thấy kết quả cao nhất và chênh lệch đáng kể so với các mẫu còn lại, tinh bột NRT và HLC cho kết quả thấp nhất và hai giống HLM và NGL nằm ở mức trung bình. Sự khác biệt về thành phần amylose giữa tinh bột các mẫu có ảnh hưởng trực tiếp đến mức độ thoái hóa gel, nhiệt độ hồ hóa và tính chất trương nở của tinh bột khoai lang [67].
3.1.3. Đặc điểm hình thái và cấu trúc hạt tinh bột của các giống khoai lang ViệtNam Nam
(1) Hình ảnh SEM của hạt tinh bột các giống khoai lang
Hình dạng các hạt tinh bột khoai lang của các giống được quan sát dưới kính hiển vi điện tử quét (SEM) cho thấy sự đa dạng về cả hình dạng và kích thước như được quan sát trong Hình 3.1.
được phát hiện ở mật độ thấp hơn. Kết quả này phù hợp với những báo cáo trước đây [221]. Hình dạng hạt của tinh bột khoai lang được báo cáo với nhiều hình dạng khác nhau, chúng kém đồng nhất so với tinh bột khoai tây không nhiều nhưng kém đồng nhất hơn đáng kể so với tinh bột đậu xanh [222], [223]. Quan sát cũng chỉ ra hầu hết các hạt tinh bột có bề mặt nhẵn và không có vết nứt cho thấy quá trình xử lý và thu nhận tinh bột có tác động thấp đến các hạt, cũng như hàm lượng tạp chất trong tinh bột (lipid, chất xơ, tro và protein) là không đáng kể (số liệu tại phụ lục E).
Hình 3.1. Hình ảnh SEM của sáu loại tinh bột khoai lang.
(A) Nhật ruột vàng (NRV); (B) Nhật Đà Lạt (NDL);(C) Hoàng Long mới (HLM); (D) Hoàng Long cũ (HLC); (E) Nhật ruột trắng (NRT); (F) Nhật Gia Lai (NGL)
(2) Kích thước hạt tinh bột của các giống khoai lang
Kích thước các hạt tinh bột của sáu giống khoai lang được xác định bằng máy phân tích kích thước hạt nhiễu xạ laser. Kết quả được trình bày trong Bảng 3.3 và Hình 3.2.
Bảng 3.3. Kích thước hạt tinh bột của sáu giống khoai lang
Mẫu Kích thước trung bình (µm) Độ lệch chuẩn
HLC 12,8087 4,4203 HLM 12,7433 4,3927 NDL 15,2610 5,0906 NGL 14,6529 4,7848 NRT 15,1041 5,3932 NRV 12,4927 4,1743
(HLC: Hoàng Long cũ; HLM: Hoàng Long mới; NGL: Nhật Gia Lai; NDL: Nhật Đà Lạt; NRT: Nhật ruột trắng; NRV: Nhật ruột vàng)
Hình 3.2. Phân bổ kích thước hạt tinh bột của sáu giống khoai lang
Đường kính trung bình hạt của sáu loại tinh bột khoai lang nằm trong khoảng từ 12,49 µm đến 15,26 µm tương ứng với tinh bột NRV và NDL. Mweta và cộng sự (2010) cũng nghiên cứu 15 giống khoai khác nhau được trồng ở Malawi với kích thước hạt giao động từ 10 µm đến 25 µm giống khoai [221] . Bên cạnh đó, Chen và cộng sự (2003) [217] cũng quan sát thấy kích thước trung bình của 3 loại tinh bột khoai lang Trung Quốc nằm trong khoảng 8,4 µm đến 11,6 µm. Dựa vào kích thước hạt, các loại tinh bột của cá giống khoai nghiên cứu có thể được chia thành hai nhóm HLC, HLM, NRV và NGL, NDL, NRT với kích thước hạt trung bình khá
(3) Độ dài trung bình của mạch tinh bột các giống khoai lang
Độ dài trung bình hay mức độ polymer hóa của mạch tinh bột được báo cáo là có ảnh hưởng đáng kể đến các tính chất hóa lý của amylose và amylopectin [224]. Bảng 3.4 chỉ ra ảnh hưởng của giống khoai lang đến độ dài trung bình của mạch tinh bột khoai lang.
Bảng 3.4. Ảnh hưởng của giống khoai lang đến độ dài trung bình của mạch tinh bột
Mẫu 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
(HLC: Hoàng Long cũ; HLM: Hoàng Long mới; NGL: Nhật Gia Lai; NDL: Nhật Đà Lạt; NRT: Nhật ruột trắng; NRV: Nhật ruột vàng).
Kết quả trong Bảng 3.4 cho thấy chiều dài trung bình mạch tinh bột của 6 giống khoai lang dao động từ 876,22 đến 931,13. Chiều dài mạch trung bình của chuỗi tinh bột bị ảnh hưởng bởi tỉ lệ amylose và amylopectin trong hạt [67]. Kết quả trên cho thấy khi phân tích mức độ trùng hợp trung bình của các phân tử tinh bột giữa các giống khoai lang khảo sát không có sự chênh lệch đáng kể. Mức độ trùng hợp (DP) thường dùng để biểu thị cho cấu trúc các phân tử amylose và amylopectin.
Theo nghiên cứu của Takeda và cộng sự (1986) [57], DP của amylose tinh bột khoai lang nằm trong khoảng 3400 đến 4400. Theo kết quả nghiên cứu của Ong và cộng sự (1994) [225], cho thấy DP amylose khoai lang là 3025. Chiều dài mạch trung bình của amylopectin được Kim và cộng sự (2020) [226] nghiên cứu trên bảy giống khoai lang Hàn Quốc dao động từ 25,22 đến 32,96. Trong đó, mạch có độ trùng hợp DP 13 đến 24 chiếm tỷ lệ lớn nhất (> 48%), và chiếm tỷ lệ nhỏ nhất là mạch DP ≥ 37 chỉ chiếm lớn hơn 3,47%. Sự phân bố chiều dài chuỗi amylopectin của khoai lang không chỉ bị ảnh hưởng bởi giống cây trồng và các yếu tố môi trường mà còn cả nhiệt độ đất và phân bón [227].
3.1.4. Một số tính chất lý hóa của tinh bột khoai lang Việt Nam
(1) Khả năng hút nước của tinh bột các giống khoai lang
Khả năng hút nước của tinh bột khoai lang là thông số thể hiện mức độ hút nước của hạt tinh bột ở nhiệt độ thường. Kết quả nghiên cứu mức độ hút nước của các loại tinh bột khoai lang trong nghiên cứu này được thể hiện trong Bảng 3.5.
Bảng 3.5. Ảnh hưởng của giống đến khả năng hút nước của hạt tinh bột khoai lang
Tên mẫu Khả năng hút nước (%)
HLC 101,12 ± 0,40b HLM 104,22 ± 2,46c NGL 87,39 ± 0,72a NDL 110,94 ± 2,32d NRT 112,02 ± 1,25d NRV 115,74 ± 1,63e
(HLC: Hoàng Long cũ; HLM: Hoàng Long mới; NGL: Nhật Gia Lai; NDL: Nhật Đà Lạt; NRT: Nhật ruột trắng; NRV: Nhật ruột vàng).
Từ dữ liệu trong Bảng 3.5, có thể thấy khả năng hút nước của 6 loại tinh bột khoai nghiên cứu có sự chênh lệch đáng kể và dao động từ 87,39 đến 115,74%w/w. Khả năng hút nước của tinh bột NGL có giá trị thấp nhất, đạt 87,39%w/w, trong khi tinh bột NRV có khả năng hút nước cao nhất, đạt 115,74%w/w. Tuy nhiên, kết quả cao hơn đáng kể được ghi nhận trong nghiên cứu của Mweta và cộng sự (2010) [221] 1,42 - 1,83 g H2O/g tinh bột khoai lang tương đương với khả năng hút nước đạt 142 đến 183%w/w ở 50°C. Sự khác biệt trong các kết quả về khả năng hút nước của các loại tinh bột khoai lang được giải thích là do bản chất phụ thuộc vào nhiệt độ của quá trình hấp thụ nước, cụ thể, tại nhiệt độ cao khả năng hấp thụ nước của tinh bột tăng. Bên cạnh đó, khả năng hấp thụ nước của mẫu tinh bột khoai lang Ấn Độ được nghiên cứu bởi A. Surendra Babu và cộng sự (2015) [228] cũng đạt 182% w/w. Ngoài ra, khả năng hút nước của tinh bột còn bị ảnh hưởng đáng kể bởi 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 do chúng chứa các phần ưa nước như chuỗi bên phân cực hoặc tích điện [229]. Hạt tinh bột có kích thước nhỏ được báo cáo có khả năng hòa tan và hấp thụ nước tốt hơn [47].
(2) Đặc tính hồ hóa của tinh bột các giống khoai lang
Đặc tính hồ hóa của các loại tinh bột khoai lang khác nhau được đo bằng máy phân tích nhớt nhanh (RVA) và kết quả được trình bày trong Bảng 3.6 và Hình 3.3.
Bảng 3.6. Ảnh hưởng của giống đến độ nhớt tinh bột khoai lang
Kí hiệu Thời gian đạt Nhiệt độ hồ Độ nhớt đỉnh Độ nhớt đáy - độ nhớt cao
mẫu nhất (phút) hóa (°C) - Peak (cP) Trough (cP)
HLC 5,2 ± 0,0d 73,5 ± 0,4b 5169,0 ± 21,7d 4111,3 ± 70,5c HLM 5,4 ± 0,0c 74,8 ± 0,7a 4845,3 ± 5,7c 4028,7 ± 36,9b NDL 3,9 ± 0,0a 74,0 ± 0,2ab 5730,0 ± 19,1a 2652,0 ± 37a NGL 4,1 ± 0,0b 75,7 ± 0,1c 5308,0 ± 51,6b 2661,7 ± 25ad NRV 4,2 ± 0,1e 70,3 ± 0,2d 4994,3 ± 2740,7 ± 52,6d 101,9e NRT 4,4 ± 0,0f 71,8 ± 0,6e 5221,0 ± 3,6d 3307,7 ± 30,6e
Kí hiệu Độ nhớt Độ nhớt cuối - Final Độ nhớt setback breakdown mẫu (cP) (cP) (cP) HLC 1057,7 ± 54,4d 4950,7 ± 93,6c 839,3 ± 28,3c HLM 816,7 ± 40,5c 5149,7 ± 110,7b 1121,0 ± 78,2b NDL 3078,0 ± 20,1a 3375,3 ± 23,1a 723,3 ± 14,6a NGL 2646,3 ± 61,8b 3382,7 ± 30,1a 721,0 ± 10,4a NRV 2253,7 ± 68,6e 3834,0 ± 1,0d 1093,3 ± 53,3b NRT 1913,1 ± 33,2f 4142,0 ± 27,0e 834,3 ± 50,7c
(HLC: Hoàng Long cũ; HLM: Hoàng Long mới; NGL: Nhật Gia Lai; NDL: Nhật Đà Lạt; NRT: Nhật ruột trắng; NRV: Nhật ruột vàng)
Hình 3.3. Đồ thị độ nhớt RVA của tinh bột sáu giống khoai lang Việt Nam
Nhiệt độ hồ hóa trong phân tích RVA được tính là điểm nhiệt độ tại đó độ nhớt của dịch hồ bắt đầu tăng [230]. Nhiệt độ hồ hóa của sáu loại tinh bột khoai lang nằm trong khoảng từ 70,3 đến 75,7°C, trong đó tinh bột khoai lang NRV và NRT có sự gia tăng độ nhớt tại khoảng nhiệt độ thấp hơn so với các tinh bột còn lại. Kết quả nghiên cứu này phù hợp với kết quả được tìm thấy trong một số nghiên cứu được báo cáo trước đây như trong nghiên cứu của Moorthy và cộng sự, năm 2010 [63], nhiệt độ hồ hóa của tinh bột khoai lang được báo cáo dao động từ 65,9°C đến 77,5°C. Kích thước hạt được xác định có ảnh hưởng đáng kể đến nhiệt độ hồ hóa của tinh bột khoai lang, kích thước hạt càng lớn thì nhiệt độ hồ hóa càng cao [41]. Tuy nhiên, không có mối quan hệ rõ ràng giữa sự thay đổi của nhiệt độ hồ hóa và kích thước hạt trung bình của sáu loại tinh bột khoai lang trong nghiên cứu này.
Độ nhớt của huyền phù tinh bột tăng dần trong quá trình gia nhiệt và đạt đến độ nhớt cực đại tại điểm cân bằng giữa sự trương nở và sự phá vỡ của hạt tinh bột [231]. Trong nghiên cứu này, từ số liệu trong Bảng 3.6 và Hình 3.3, rõ ràng, có một sự chênh lệch đáng kể trong các giá trị độ nhớt cực đại của tinh bột giữa các giống. Cụ thể, NDL có giá trị độ nhớt cao nhất với 5730 cP, giá trị này cao hơn nhiều so với độ nhớt cực đại của tinh bột trong các giống còn lại. Độ nhớt đỉnh thấp nhất là 4845 cP ở tinh bột khoai HLM. Độ nhớt cực đại của tinh bột NDL cao cho thấy khả năng liên kết nước tối đa tốt của tinh bột trước khi bị phá vỡ tức là khả năng làm đặc tốt trong ứng dụng thực phẩm. Nguyên nhân là do lực liên kết giữa các phân tử của hạt tinh bột yếu hơn [70]. Ngoài ra, độ nhớt cực đại cũng liên quan đến hàm lượng amylose, sự hiện diện của các hợp chất lipid và phốt pho, chiều dài và mức độ phân nhánh của chuỗi amylopectin [217], [232]. Collado và Corke (1997) đã báo cáo có một mối tương quan nghịch rõ ràng giữa độ nhớt đỉnh và hàm lượng amylose
Độ nhớt breakdown là bước giảm độ nhớt có giá trị bằng hiệu giữa độ nhớt đỉnh và độ nhớt đáy, hình thành do sự phá vỡ cấu trúc hạt tinh bột hồ hóa dưới tác động của nhiệt nên được dùng để đánh giá sự ổn định của khối hồ tinh bột nóng. Trong nghiên cứu này, sáu loại tinh bột khoai lang cho thấy sự khác biệt đáng kể của độ nhớt breakdown. Giá trị này thấp nhất từ tinh bột khoai HLM đạt 816,7cP và cao nhất ở tinh bột NDL đạt 3078,0 cP. Kết quả đã chỉ ra hồ tinh bột HLM có độ ổn định tốt nhất và ngược lại, dịch hồ tinh bột NDL có xu hướng kém bền nhiệt nhất mặc dù khi trương nở, độ nhớt cực đại thu được cao nhất. Độ nhớt breakdown thấp hơn được ưu tiên trong các ứng dụng cho chế biến các sản phẩm thực phẩm yêu cầu độ đặc dịch hồ hóa cao với thời gian cho quá trình chế biến kéo dài.
Độ nhớt setback dao động giữa 721 cP và 1121 cP được định nghĩa là sự chênh