CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 1.1 Nguồn gốc và phân bố Khoai lang (Ipomea Batatas) thuộc chi Ipomoea, họ Convolvulaceae có mặt ở Trung Mỹ vào những năm 2600 đến 1000 trước Công Nguyên. Ở Việt Nam, khoai lang là cây lương thực truyền thống đứng thứ ba sau lúa, ngô và đứng thứ hai về giá trị kinh tế sau khoai tây. Khoai lang đượcc trồng ở khắp mọi nơi trên cả nước từ Đồng bằng đến Miền núi, Duyên hải Miền Trung và vùng Đồng bằng Sông Cửu Long.1 Khoai lang tím Khoai lang tím là loại khoai được nghiên cứu đưa vào sản xuất bởi Viện nghiên cứu nông nghiệp quốc gia Nhật Bản có tên là Okinawan. Đây là chất màu tím ổn định vì nó có sản lượng lớn với hàm lượng anthocyanin cao.
Giống khoai lang tim Nhật có đặc điểm: Dạng hình bò lan rộng; thân to mập, ít phân cành và có màu tím. Lá hình tim, màu xanh; ngọn và lá non màu 4 xanh vàng. Dạng củ thuôn dài, nhẵn; vỏ củ màu tím, ruột màu tím đậm. Hàm lượng chất khô 27-33%.
Độ đường và chất lượng cao phù hợp ăn tươi (luộc, nướng), chế biến và xuất khẩu. Khả năng sinh trưởng phát triển mạnh. Thời gian sinh trưởng phát triển khoảng 120 ngày.2 Cấu tạo Khoai lang là một loại rễ củ, rễ bên đã biến đổi, phình to ra với chức năng của một cơ quan lưu trữ các chất dinh dưỡng. Vì thế, về nguồn gốc nó khác với thân củ, nhưng chức năng và bề ngoài thì tương tự và gần giống với thân củ.
Các rễ phình to làm cơ quan lưu trữ khác với củ thật sự, nó có các cấu trúc tế bào bên trong và bên ngoài của các rễ điển hình. Các củ thật sự có cấu trúc tế bào của thân, còn trong rễ củ thì không có các đốt và gióng hoặc các lá suy thoái. Một đầu gọi là đầu gần có các mô đỉnh đầu sinh ra các chồi để sau này phát triển thành thân và lá. Đầu kia gọi là đầu xa, thông thường sinh ra các rễ không bị biến đổi.
Trong các củ thật sự, trật tự là ngược lại với đầu xa sinh ra thân cây. Về mặt thời gian, các rễ củ là hai năm. Trong năm đầu tiên cây mẹ sinh ra các rễ củ và về mùa thu cây chết đi. Năm sau các rễ củ sinh ra cây mới và bị tiêu hao trong quá trình tạo thành bộ rễ mới cùng thân cây và ra hoa.
Các mô còn lại chết đi trong khi cây sinh ra rễ củ mới cho năm kế tiếp sau đó. Cấu tạo khoai lang gồm 3 phần: Vỏ ngoài, vỏ cùi và thịt củ. Vỏ ngoài: Mỏng, chiếm 1% trọng lượng củ, gồm những tế bào có chứa sắc tố, cấu tạo chủ yếu là cellulose và hemicellulose. Cấu tạo từ polipectin chứa nhiều vitamin và khoáng chất.
Tác dụng: làm giảm các tác động từ bên ngoài, hạn chế sự bay hơi nước của khoai lang trong quá trình bảo quản. 5 Vỏ cùi: Chiếm 5 - 12%, gồm những tế bào chứa tinh bột, nguyên sinh chất và dịch thể. Hàm lượng tinh bột ở vỏ cùi ít hơn ở thịt củ. Thịt củ: Gồm các tế bào nhu mô có chứa: Tinh bột, hợp chất chứa nitơ.3 Tình hình sản xuất, tiêu thụ Bảng 1.1 Sản lượng khoai sản xuất ở Việt Nam qua các năm Năm 2010 2011 2012 2013 2014 2015 Sản lượng (Nghìn tấn) 1.450,00 Chỉ số phát triển 108,85 103,31 104,79 95,15 103,16 103,50 ( Nguồn : Tổng cục thống kê) Bảng 1.2 Diện tích và sản lượng khoai lang tím Nhật của 4 vùng sinh thái và cả nước Chỉ tiêu Năm 2009 Năm 2010 Năm 2011 Vùng Diện Sản lượng Diện Sản lượng Diện tích Sản lượng tích (ha) tích (nghìn tấn) (nghìn tấn) (nghìn tấn) (ha) (ha) Cả nước 146,6 1.390,6 6 Đồng bằng 22,8 195,1 27,0 247,0 26,1 241,9 sông Hồng Trung du và 38,1 239,1 38,9 256,3 37,7 251,0 miền núi phía Bắc Bắc Trung Bộ 55,4 330,7 53,9 340,6 49,6 313,8 và Duyên hải miền Trung Đồng bằng 14,2 279,4 14,9 307,1 18,7 410,5 sông Cửu Long ( Nguồn: Tổng cục thống kê) Việt Nam, Indonesia, Ấn Độ cùng một số quốc gia châu Á là các quốc gia trồng nhiều khoai lang tím.
Bắc và Nam Mỹ, quê hương của khoai lang tím nhưng hiện nay chỉ chiếm không quá 3% sản lượng thế giới. Châu Âu cũng có khoai lang nhưng sản lượng không cao. California là tiểu bang của Hoa kỳ đứng đầu về sản xuất khoai lang, hiện nay cung cấp 40% sản lượng khoai của quốc gia này. Ở khu vực Đông Nam Hoa Kỳ, tiêu thụ bình quân trên đầu người tại chỉ khoảng 1.5-2 kg mỗi năm, trong thập niên 1920 là 13 kg.
Đối với người Việt Nam, khoai lang là loại thực phẩm phổ biến. Đứng đầu là khu vực đồng bằng Sông Cửu Long, năm 2014 diện tích trồng khoai lang khoảng 7800, năng suất 257. Người nông dân không nắm được yêu cầu của thị trường tiêu thụ và thiếu thông tin về giá cả nên nhiều khi bị thương nhân ép giá. 7 Trong 11 tháng năm 2015, giá khoai lang có sự biến động rất mạnh.
Cụ thể: Giá khoai lang xuất khẩu bình thường ở mức 130.000/tạ (1 tạ = 60kg), tháng 7-8/2015 chỉ còn 80.000 đồng/tạ nhưng không ai mua khiến hàng loạt hộ trồng khoai ở các tỉnh lỗ nặng, không muốn thu hoạch khoai hoặc tiếp tục trồng khoai vụ mới nữa [2]. Hiện nay, khoai lang tím được sử dụng chủ yếu dưới dạng nấu chín, chiên, làm bánh và đa số người tiêu dùng chưa có thói quen sử dụng khoai lang tím trong khẩu phần ăn hằng ngày vì người tiêu dùng chưa biết đươc giá trị dinh dưỡng của khoai lang tím. Mặc khác, thị trường tiêu thụ khoai lang của Việt Nam chủ yếu là xuất Trung Quốc, thường xuất khẩu dưới dạng khoai tươi nên giá trị không cao. Do đó, việc nghiên cứu đề tài này góp phần khẳng định giá trị dinh dưỡng từ khoai lang tím và là nguồn cung cấp anthocyanin dồi dào, nhằm mở ra hướng nghiên cứu ứng dụng mới để tăng giá trị của khoai lang tím.4 Thành phần hóa học Khoai lang tím là loại củ không có lõi.
Cuống củ nối với thân cây có hệ xơ chạy dọc theo củ, có khi kéo dài đến hết củ tạo thành rễ đuôi củ. Củ khoai lang có vỏ mỏng, chứa chủ yếu là cellulose, có các chất sắc tố. Thịt củ nằm trong củ chứa các tế bào nhu mô. Trong các tế bào này chủ yếu là tinh bột, ngoài ra còn một số chất khác: hợp chất chứa nitơ, các nguyên tố vi lượng.
Lợi thế của các cây có củ là cung cấp nguồn năng lượng dưới dạng tinh bột và đường với giá rẻ nhất. Mặc dù trên cùng đơn vị trọng lượng, khoai lang chỉ cung cấp số năng lượng chỉ bằng 1/3 so lúa gạo và lúa mỳ do có chứa hàm lượng nước cao hơn. Tuy nhiên về mặt năng suất khoai lang lại cho năng suất cao hơn lúa do năng suất cao nên tính trên đơn vị diện tích và thời gian, khoai lang cho năng suất chất bột đường cao gấp 1,5 lần và cho giá triệu thu nhập gấp 1,7 lần so với lúa.3 Thành phần hóa học của khoai lang tím nguyên liệu (tính cho 100g nguyên liệu tươi) Sản phẩm Củ Đơn vị Thành phần tươi Nước 67,86 g Protein 0,311 g Tổng 28,5 g Glucid Đường 4 g Tinh bột 24,5 g Lipit 0,26 g Xơ 1,3 g Zn 0,863 mg Kim loại nặng Pb 0,048 mg Cu 0,142 mg Các thành phần khác 0,979 g A 0,3 mg Vitamin B1 0,05 mg B2 0,05 mg 9 PP 0,6 mg C 23 mg Tổng 100 g Ngoài các thành phần hóa học trên, trong khoai lang tím còn chứa một thành phần hóa học quan trọng tạo nên giá trị về dinh dưỡng cho củ khoai lang tím là chất màu anthocyanin. Theo nghiên cứu của TS Hoàng Thị Kim Cúc về “Anthocyanin và nguyên liệu chứa anthocyanin” (2008) cho thấy hàm lượng anthocyanin trong khoai lang tím tương đối cao 0,06g tính cho 100g nguyên liệu tươi.
Anthocyanin là hợp chất gồm có gốc aglycon có màu (được gọi là anthocyanidin hay anthocyanidol) kết hợp với các glucoside có gốc đường glucose, galactose… Anthocyanin hòa tan trong nước còn anthocyanidin thì không tan trong nước. Anthocyanin tham gia vào việc tạo nên đa sắc màu cho hoa quả. Đồng thời cùng với chất tạo màu khác như clorophin, carotenoid để tạo cho hoa quả có cường độ màu khác nhau tùy thuộc vào hàm lượng và số đồng phân của chúng. Anthocyanin phân bố rộng rãi trong tự nhiên, có mặt trong 27 họ thực vật, thường tạo ra các màu đỏ, tím, xanh thẫm ở nhiều loại rau, hoa, quả như hoa dâm bụt, rễ củ cải đỏ, lá tía tô, dâu tây và bắp cải tím.
Anthocyanin tích lũy chủ yếu ở trong tế bào biểu bì và hạ biểu bì thực vật, tập trung trong không bào hoặc các túi gọi là anthocyanoplast. Nhìn chung, hàm lượng anthocyanin trong phần lớn rau quả dao động từ 0,1 đến 1,11% hàm lượng chất khô. Thực vật chứa anthocyanin cũng đồng thời chứa flavonoid. Trong rau quả hàm lượng anthocyanin liên quan 10 đến độ đậm của màu sắc quả, quả càng đậm thì hàm lượng anthocyanin càng cao.
Anthocyanin trong thực vật không phải là một chất thuần nhất mà là một hỗn hợp. Tỷ lệ giữa các anthocyanin trong một loại rau quả phụ thuộc vào loài, giống cây. Anthocyanin tinh khiết ở dạng tinh thể hoặc vô định hình là hợp chất khá phân cực nên tan tốt trong dung môi phân cực. Màu sắc của anthocyanin luôn thay đổi phụ thuộc vào pH, các chất màu có mặt và nhiều yếu tố khác, tuy nhiên màu sắc của anthocyanin thay đổi mạnh nhất phụ thuộc vào pH môi trường.2 Cấu trúc của anthocyanin Thông thường khi pH < 7 các anthocyanin có màu đỏ, khi pH > 7 thì có màu xanh.
Ở pH = 1 các anthocyanin thường ở dạng muối oxonium màu cam đến đỏ, ở pH = 4 5 chúng có thể chuyển về dạng bazơ cacbinol hay bazơ chalcon không màu, ở pH = 7 8 lại về dạng bazơ quinoidal anhydro màu xanh. Anthocyanin có bước sóng hấp thụ trong miền nhìn thấy, khả năng hấp thụ cực đại tại bước sóng 510540nm. Độ hấp thụ là yếu tố liên quan mật thiết đến màu sắc của các anthocyanin chúng phụ thuộc vào pH của dung dịch, nồng độ anthocyanin. Thường pH thuộc vùng acid mạnh có độ hấp thụ lớn, nồng độ anthocyanin càng lớn độ hấp thụ càng mạnh.