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
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 Việt 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
Ảnh SEM chỉ ra các hạt tinh bột có hình tròn 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
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
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
(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
(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 tương đồng nhiều
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
(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
(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
Mẫu Mức độ trùng hợp trung bình (DP) HLC a 928,98 ± 30,51 HLM a 891,64 ± 41,03 NDL a 915,30 ± 37,33 NGL a 876,22 ± 32,11 NRT a 931,13 ± 40,57 NRV a 925,35 ± 35,49
Bảng 3 5 Ảnh hưởng của giống đến khả năng hút nước của hạt tinh bột khoai lang
(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
Tên mẫu Khả năng hút nước (%)
HLC b 101,12 ± 0,40 HLM c 104,22 ± 2,46 NGL a 87,39 ± 0,72 NDL d 110,94 ± 2,32 NRT d 112,02 ± 1,25 NRV e 115,74 ± 1,63
Bảng 3 6 Ảnh hưởng của giống đến độ nhớt tinh bột khoai lang
(HLC: Hoàng Long cũ; HLM: Hoàng Long mới; NGL: Nhật Gia Lai; NDL: Nhật Đà Lạt; NRT: Nhật ruột trắng; NRV: Nhật ruột vàng) Kí hiệu mẫu Thời gian đạt độ nhớt cao nhất (phút) Nhiệt độ hồ hóa (°C) Độ nhớt đỉnh - Peak (cP) Độ nhớt đáy - Trough (cP) HLC d 5,2 ± 0,0 73,5 ± 0,4 b 5169,0 ± 21,7 d 4111,3 ± 70,5 c HLM c 5,4 ± 0,0 74,8 ± 0,7 a 4845,3 ± 5,7 c 4028,7 ± 36,9 b NDL a 3,9 ± 0,0 74,0 ± 0,2 ab 5730,0 ± 19,1 a 2652,0 ± 37 a NGL b 4,1 ± 0,0 75,7 ± 0,1 c 5308,0 ± 51,6 b 2661,7 ± 25 ad NRV e 4,2 ± 0,1 70,3 ± 0,2 d 4994,3 ±e 101,9 d 2740,7 ± 52,6 NRT f 4,4 ± 0,0 71,8 ± 0,6 e 5221,0 ± 3,6 d 3307,7 ± 30,6 e Kí hiệu mẫu Độ nhớt breakdown (cP) Độ nhớt cuối - Final (cP) Độ nhớt setback (cP) HLC d 1057,7 ± 54,4 4950,7 ± 93,6 c 839,3 ± 28,3 c HLM c 816,7 ± 40,5 5149,7 ± 110,7 b 1121,0 ± 78,2 b NDL a 3078,0 ± 20,1 3375,3 ± 23,1 a 723,3 ± 14,6 a NGL b 2646,3 ± 61,8 3382,7 ± 30,1 a 721,0 ± 10,4 a NRV e 2253,7 ± 68,6 3834,0 ± 1,0 d 1093,3 ± 53,3 b NRT f 1913,1 ± 33,2 4142,0 ± 27,0 e 834,3 ± 50,7 c
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 [232]
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 lệch giữa độ nhớt khi hoàn thành làm mát (độ nhớt cuối – final viscosity) và độ nhớt khi bắt đầu làm mát (độ nhớt đáy – trough viscosity), thường được sử dụng để xác định xu hướng thoái hóa của tinh bột [233] Trong số 6 loại tinh bột, tinh bột NDL và NGL cho thấy xu hướng thoái hóa thấp nhất do độ nhớt setback thấp nhất Ngược lại, độ nhớt setback của tinh bột HLM và NRV cao nhất được dự đoán có xu hướng thoái hóa cao nhất; hai giống còn lại HLC và NRT có xu hướng thoái hóa trung bình
Tóm lại, tinh bột khoai HLC có độ nhớt đáy cao nhất và độ nhớt setback tương đối thấp, do đó có khả năng chống lại thoái hóa tốt Độ nhớt cực đại và độ nhớt breakdown thấp nhất, độ nhớt setback cao nhất của tinh bột khoai HLM cho thấy độ đặc gel thấp, gel nóng ổn định tốt, tuy nhiên gel tinh bột sau làm lạnh có xu hướng thoái hóa cao NDL có độ nhớt cực đại và độ nhớt breakdown cao nhất, độ nhớt setback thấp nhất cho thấy gel tinh bột có độ đặc lớn, khả năng chống thoái hóa tốt nhưng hồ nóng kém ổn định
(3) Khả năng hòa tan của tinh bột các giống khoai lang
Khả năng hòa tan của tinh bột phụ thuộc vào loại tinh bột khoai lang được thể hiện qua dữ liệu Bảng 3 7
Bảng 3 7 Khả năng hòa tan và mức độ thoái hóa gel của tinh bột sáu giống khoai lang
(HLC: Hoàng Long cũ; HLM: Hoàng Long mới; NGL: Nhật Gia Lai; NDL: Nhật Đà Lạt; NRT:
Tên mẫu Khả năng hòa tan (% Mức độ thoái hóa gel (%)
HLC 12,46 ± 0,24w/w) c 5,31 ± 0,93 b HLM d 14,63 ± 0,24 1,60 ± 0,23 a NGL a 9,53 ± 0,27 2,27 ± 0,68 a NDL b 10,54 ± 0,40 12,35 ± 1,48 d NRT b 10,49 ± 0,11 7,79 ± 0,26 c NRV d 14,42 ± 0,35 13,99 ± 0,85 e
Trong quá trình đun nóng hạt tinh bột với sự có mặt của lượng nước dư, cấu trúc hạt dần bị phá vỡ và hình thành liên kết hydro giữa các phân tử nước và nhóm hydroxyl của chuỗi amylose và amylopectin, khi đó sự hòa tan xảy ra Khả năng hòa tan của 6 loại tinh bột khoai lang ở điều kiện 95oC dao động trong khoảng từ 9,53 đến 14,63% Tinh bột của giống NGL cho thấy độ hòa tan thấp nhất trong khi tinh bột của HLM và NRV có độ hòa tan cao nhất Kết quả tương tự cũng được quan sát bởi Mu & Zhang (2019) [33] về khả năng hòa tan của tinh bột ở 90 °C, với giá trị độ hòa tan đạt 8,56% đến 19,97% Bên cạnh đó, Aina và cộng sự (2009) [62], đã báo cáo các giá trị thấp hơn đáng kể về khả năng hòa tan của tinh bột khoai lang được trồng ở Caribe ở 60oC (khoảng 1,5 - 9,6%) so với các giá trị đạt được trong nghiên cứu này, nguyên nhân được cho là do nhiệt độ khảo sát thấp hơn Như vậy, rõ ràng, khả năng hòa tan của tất cả các loại tinh bột được khảo sát đều thấp tại điều kiện nhiệt độ dưới nhiệt độ hồ hóa Bên cạnh đó, kết quả tương tự về độ hòa tan (8 81 - 13 65%) trên 14 giống khoai được báo cáo bởi Moorthy và cộng sự, năm