Mặc dù nguồn gốc khoai lang xuất phát từ Châu Mỹ Latinh, nhưng châu Á hiện là khu vực sản xuất khoai lang lớn nhất trên thế giới, với khoảng 60 triệu tấn được sản xuất hàng năm. Trung Quốc là quốc gia sản xuất và nhà tiêu thụ khoai lang lớn nhất thế giới (đạt sản lượng 52 triệu tấn vào năm 2019), với mục đích sử dụng làm thực phẩm, thức ăn gia súc và chế biến (tinh bột và các sản phẩm khác). Bên cạnh đó, mang tầm là một loại cây lương thực quan trọng, diện tích và sản lượng khoai đang tăng lên nhanh chóng ở một số nơi trên thế giới. Ở châu Phi, cận Sahara, khoai lang đang vượt xa tốc độ tăng trưởng của các mặt hàng chủ lực 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 sông 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 Trồng trọt đã khảo nghiệm tại huyện Hoàng Long (nay là huyện Gia Viễn và huyện Nho Quan), Ninh Bình. Cho đến nay, do sở hữu nhiều đặc tính quý, khoai lang Hoàng Long đang được trồng phổ biến ở nhiều vùng sản xuất trên cả nước.
Đặc điểm thực vật: khoai lang Hoàng Long có thân dài, bò trải, màu tím; lá hình tim, màu xanh, lá ngọn có màu xanh tím; vỏ củ màu hồng nhạt, ruột củ màu vàng, bở. Thời gian sinh trưởng: Vụ Xuân 100 - 120 ngày, vụ Đông 90 đến 100 ngày. Năng suất trung bình đạt 10 - 12 tấn/ha, thích hợp với đất pha cát nhẹ. Củ khoai lang Hoàng Long chứa hàm lượng chất khô đạt 29,22%; hàm lượng tinh bột đạt 25,10%; hàm lượng đường tổng số đạt 21,67% (Hình 1.3) [38].
Giống Hoàng Long cho tỷ lệ củ thương phẩm cao. Tuy nhiên khả năng chịu rét kém, hay bị sùng hà [39].
(2) Khoai lang Hưng Lộc 4 (HL4)
HL4 là giống khoai lang phổ biến ở vùng Đông Nam Bộ, có nguồn gốc Việt Nam. HL4 được chọn lọc từ tổ hợp lai 3 (Gạo x Bí Đà Lạt) x Tai Nung 57 bởi Trung tâm Nghiên cứu Nông nghiệp Hưng Lộc, Viện Khoa học Kỹ thuật Nông nghiệp Miền Nam [39].
Bộ Nông nghiệp và PTNT công nhận giống năm 1987. Thời gian sinh trưởng vụ Xuân 85 - 95 ngày; vụ Hè Thu và Thu Đông 90 đến 95 ngày; vụ Đông 80 đến 90 ngày. Năng suất củ tươi 18 – 33 tấn/ ha, thâm canh có thể đạt 230 tạ/ha. Giống HL4 có thân chính dài trung bình (110 cm), màu xanh. Lá chia thùy (3 - 5 khía nông)
8
màu xanh, gân trên màu xanh, gân dưới màu tím. Tỷ lệ chất khô củ đạt 27-30%, chất lượng củ luộc khá, vỏ củ màu đỏ, thịt củ màu cam đậm, dạng củ đẹp, dây xanh phủ luống gọn, mức độ nhiễm sùng hà trung bình, nhiễm nhẹ 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 chọn tạo và giới thiệu từ tổ hợp Murasa Kimasari polycross nguồn gốc Nhật Bản CN76-2 CIP/AVRDC. Giống đã được Bộ Nông nghiệp và Phát triển Nông thôn công nhận giống năm 1997 và hiện nay được trồng phổ biến ở các tỉnh phía Nam.
Giống khoai Nhật tím có thời gian sinh trưởng 95 đến 110 ngày. Năng suất củ tươi: 15-27 tấn/ha, tỷ lệ chất khô 27- 31%, chất lượng củ luộc khá, vỏ củ màu tía, thịt củ màu tím đậm, dạng củ đều đẹp, dây xanh tím, nhiễm nhẹ 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 tấn/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 thực Cây Thực phẩm tuyển chọn và giới thiệu. Bộ Nông nghiệp và PTNT đã công nhận giống năm 2002. Khoai lang KB1 có thời gian sinh trưởng 100 - 130 ngày, năng suất củ tươi 22 – 32 tấn/ha, tỷ lệ chất khô 27-29%. Chất lượng củ tương đương Hoàng Long, vỏ củ màu hồng cam, thịt củ màu cam đậm, dạng củ hơi tròn, dây xanh, ngọn tím, nhiễm 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 tròn, một phần hình bầu dục và hình chuông, 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 tròn 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 hòa 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 vô 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 vô định hình được phân bố ngẫu nhiên giữa các nhóm amylopectin. Lớp vô 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 không 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
bột loại A, ngược lại, mạch nhánh amylopectin dài ưu tiên hình thành các cấu trúc kiểu B [51]. Các tinh bột có kiểu tinh thể A dễ bị tấn công bởi enzyme α-amylase hơn so với kiểu tinh thể B [52].