CHƯƠNG 1: CƠ SỞ LÝ THUYẾT 1.1 Tổng quan về khoai tây Khoai tây (Solanum tuberosum) là một loại rau củ thuộc họ Cà (Solanaceae) có nguồn gốc từ vùng Andes của châu Mỹ được miêu tả đầu tiên bởi Carl Linnacus vào năm 1753 (Carlos M. Khoai tây là loài cây nông nghiệp ngắn ngày, trồng lấy củ chứa tinh bột. Chúng là loại cây trồng lấy củ rộng rãi nhất thế giới và là loại cây trồng phổ biến thứ tư về mặt sản lượng tươi - xếp sau lúa, lúa mì và ngô (Mary Ellen Camire và cộng sự 2009). Vì khoai tây ngày càng trở thành một thực phẩm chính trong khẩu phần ăn của nhiều người, những khác biệt nhỏ trong thành phần dinh dưỡng của khoai tây sẽ có tác động lớn đến sức khỏe dân số.1 Đặc điểm của khoai tây 1.1 Cấu tạo Củ khoai tây là một phần mở rộng của thân ngầm (stem) hoặc thân bò (stolon) và có thể được coi là một phần của thân cây để lưu trữ và sinh sản chất dinh dưỡng.
Trong đó các mắt củ là những chồi mà từ đó cây non phát triển. Các mắt tập trung ở gần đỉnh của củ, với ít mắt hơn ở gần cuống (stolon) hoặc nách (basal end). Số mắt và sự phân bố là đặc điểm của giống. Các chồi hình thành ở nách lá tạo ra thân rễ dài ra nhanh chóng và phát triển thành củ.
Về mặt hình thái, củ là một dạng thân mang các chồi và mắt ở nách lá có vảy nhỏ như lá.1: Hình thái bên ngoài của củ khoai tây (Virupaksh U. Patil, 2016) Trong mặt cắt ngang của củ, có thể nhìn thấy các vùng chính sau: Lớp vỏ ngoài: là một lớp da mỏng bảo vệ củ và lớp vỏ trong mềm, khó tách ra khỏi ruột củ. Giữa lớp vỏ trong củ có các mô tế bào mềm và hệ thống dẫn dịch củ. Các mô này chứa ít tinh 1 bột.
Lớp bên trong của vỏ tiếp giáp với ruột củ là hệ thống màng bao quanh tạo nên sự phân lớp giữa vỏ và ruột củ. Trên mặt vỏ có những mắt củ. Ruột củ khoai tây không có lõi, chứa nhiều tinh bột.2: Mặt cắt của củ khoai tây 1.2 Thành phần hóa học Tùy vào từng chủng loại khoai tây mà hàm lượng các chất có sự khác nhau. Một số yếu tố bên ngoài ảnh hưởng đến thành phần hóa học của khoai tây như điều kiện canh tác, vị trí địa lý, hình thức chăm bón (Bradshaw J.1 trình bày thành phần hóa học có trong 100g thịt củ khoai tây tươi.1: Thành phần hóa học của khoai tây theo trọng lượng tươi Thành phần Hàm lượng Tổng chất khô 15 -28 % Tinh bột 12,6 – 18,2 % Glucose 0,01 – 0,6 % Frutose 0,01 – 0,6 % Sucrose 0,13 – 0,68 % Chất xơ 1–2% Lipid 0,075 – 0,2 % Protein 0,6 – 2,1 % Asparagine (tự do) 110 – 529 mg/100g Glutamine (tự do) 23 – 409 mg/100g 2 Thành phần Hàm lượng Proline (tự do) 2 – 209 mg/100g Các amino acid khác (tự do) 0,2 – 0,117 mg/100g Polyphenols 123 – 441 mg/100g Carotenoids 0,05 – 2 mg/100g Tocopherols 0,3 mg/100g Thiamin B1 0,02 – 0,2 mg/100g Riboflavin 0,01 – 0,07 mg/100g Vitamin B6 0,13 – 0,44 mg/100g Vitamin C 8 – 54 mg/100g Vitamin E 0,1 mg/100g Folic acid 0,01 – 0,03 mg/100g Nito tổng 0,2 – 0,4 % Calcium 5 – 18 mg/100g Magnesium 14 – 18 mg/100g Iron 0,4 – 1,6 mg/100g Phosphorus 30 – 60 mg/100g ( Nguồn: Bradshaw J., 2009) Carbohydrates Tinh bột là carbohydrate chiếm nhiều nhất trong khoai tây và là nguồn năng lượng dự trữ chính cho cây.
Tinh bột chiếm 12,6 – 18,2% trọng lượng tươi của khoai tây (trung bình là 18,8%) (Bradshaw J. Sucrose là disaccharide chính của khoai tây trong khi glucose và fructose là các monosaccharide chính. Trạng thái cân bằng giữa carbohydrate tự do và tinh bột sẽ thay đổi trong quá trình bảo quản củ và quá trình xử lý. Lượng carbohydrate quá nhiều sẽ làm giảm màu nâu khi chiên khoai tây (Camire, M.
Proteins 3 Protein khoai tây dao động từ khoảng 0,6 – 2,1% (Bradshaw J. So với các nguồn thực vật khác, khoai tây không được coi là nguồn protein tốt cho chế độ ăn uống do lượng protein tổng thấp. Tuy nhiên, protein khoai tây có giá trị sinh học cao, từ 90 – 100 so với một số thực phẩm như trứng (100), đậu tương (84) và đậu (73). Trong khoai tây có một protein là paratin, là protein lưu trữ chính và là chất gây dị ứng cho một số người.
Tính gây dị ứng của chất này sẽ bị giảm đáng kể khi đun nóng (Bradshaw J. Chất béo và chất xơ Lipid chỉ chiếm một phần rất nhỏ trọng lượng của khoai tây, chỉ chiếm khoảng 0,1% tương đương 0,15g/150g trọng lượng tươi, ít hơn trong gạo đã nấu chín (1,95g) hoặc mì ống (0,5g). Chất xơ được cung cấp bởi các thành tế bào, đặc biệt là các thành tế bào dày của periderm (vỏ) chiếm 1 – 2% của củ (Camire, M. Khoáng chất Các khoáng chất có nồng độ lớn trong khoai tây tươi bao gồm (mg/g FW): Potassium (564), phosphorus (30 – 60), calcium (5 – 18).
%RDA cho các khoáng chất này lần lượt là 22,6 và 6. Khoai tây bỏ vỏ được coi là nguồn cung cấp potassium (K) tốt cho chế độ ăn uống. Một thí nghiệm trên chuột được cho ăn chế độ ăn nhiều sodium (2% sodium chloride) có khả năng giữ calcium và magnesium tốt hơn và tăng pH nước tiểu khi cho ăn khoai tây nấu chín thay vì tinh bột lúa mì do hàm lượng potassium citrate cao trong khoai tây (Camire, M. Các vitamin Vitamin chủ yếu trong khoai tây là vitamin C (ascorbic acid), có hàm lượng từ 85 – 145 mg/100g trọng lượng khô tùy thuộc vào giống cây trồng, nơi trồng và điều kiện bảo quản.
Vitamin C rất quan trọng với sự có mặt của sắt, một khoáng chất có xu hướng bị hạn chế trong chế độ ăn uống của con người. Khoai tây trở thành một nguồn vitamin C quan trọng trong chế độ ăn uống ở nhiều khu vực trên thế giới. Ngoài ra, còn một số vitamin B (folic acid, niacin, pyridoxine, riboflavin and thiamin) và khoai tây có thể được mô tả là một nguồn pyridoxine (vitamin B6) tốt trong chế độ ăn uống (Camire, M. 4 Khoai tây là một nguồn carotenoid tốt, là những hợp chất lipophilic được tổng hợp trong plastid từ isoprenoid.
Lutein, zeaxanthin, violaxanthin, và neoxanthin là những carotenoid chính có trong khoai tây và có một lượng nhỏ β – carotene. Màu cam và màu vàng của thịt củ là do zeaxanthin và lutein, tương ứng. Các giống khoai tây có thịt trắng chứa ít carotenoid hơn các giống có thịt màu vàng và cam. Tổng hàm lượng carotenoid đã được báo cáo trong khoảng 50 – 350μg/100g FW (khoai tây thịt trắng) và 800 – 2000μg/100g FW (khoai tây thịt vàng) (R.
Ezekiel và cộng sự, 2013). Các hợp chất Phyto (Phytochemicals) Phytochemicals là sản phẩm thứ cấp của quá trình chuyển hóa thực vật, nhiều chất có liên quan đến sức khỏe con người là chất chống oxy hóa. Chúng khác nhau về số lượng và thành phần giữa các giống khoai tây (Camire, M. Ngoài việc cung cấp năng lượng, khoai tây còn chứa một số chất thúc đẩy sức khỏe như phenolics, flavonoids, folates, kukoamines, … (R.
Ezekiel và cộng sự, 2013). Phenolics acid và polyphenols đóng vai trò quan trọng đối với sức khỏe thực vật, tính chất nấu ăn và sức khỏe con người (Camire, M. Hàm lượng phenolic của khoai tây được báo cáo là cao, và dao động từ 530 – 1770μg/g. Khoai tây được coi là nguồn phenol quan trọng thứ ba sau táo và cam (R.
Ezekiel và cộng sự, 2013). Chlorogen acid là hợp chất phenolic chiếm phần lớn trong khoai tây, như trong các loài Solanaceous khác như cà tím. Chlorogen acid, catechin, caffeic acid, ferulic acid, gallic acid và malvidin là những phenol chính được phân lập từ chiết xuất metanol/nước. Tổng hoạt tính chống oxy hóa tương quan với tổng hàm lượng phenolic (Camire, M.
Hàm lượng flavonoid trong khoai tây dao động từ 200 – 300μg/g FW. Các flavonoid theo hàm lượng giảm dần đã được báo cáo là catechin, epicatechin, erodictyol, kaempeferol và naringenin (R. Ezekiel và cộng sự, 2013).2 Sản phẩm khoai tây chiên Theo Hội đồng khoai tây Quốc gia Mỹ (national potato council), vào năm 2014, một người Mỹ tiêu thụ 51 kg khoai tây chiên. Trong đó có 15 kg khoai tây tươi, còn lại là gần 36 kg khoai đã qua chế biến và phần lớn lượng khoai tây đã qua chế biến đều là khoai tây chiên.
Chế biến khoai tây là ngành công nghiệp quan trọng mỗi năm 5 sử dụng khoảng 10% sản lượng khoai tây thế giới. Khoai tây chiên lát (potato chips) là sản phẩm chế biến rất phổ biến, mỗi năm đem lại doanh thu 16,4 tỷ đô–la Mỹ (2005), chiếm 35,5 % tổng doanh thu của các loại thực phẩm ăn nhanh (snacks) toàn cầu (Datamonitor, 2011). Tại Việt Nam, đã có một số công ty quan tâm và đầu tư ngành sản xuất khoai tây chip, nổi bật là PepsiCo VN, Cty An Lạc, Cty Orion, Cty Kinh Đô,… Riêng PepsiCo VN sử dụng 360.000 tấn khoai tây nguyên liệu/ năm, tuy vậy sản xuất trong nước chỉ đáp ứng được khoảng 30-40% còn lại là phải nhập khẩu từ rất nhiều nước khác nhau (Nguyễn Thế Nhuận, 2015). Khoai tây chiên gồm các dạng phổ biến là: Khoai tây chiên dạng thanh (French- fried) hoặc dạng miếng (potatoes chips) hoặc dạng sợi (hash browns) (Andrew F.
Smith, 2013) đều là các sản phẩm được chế biến từ khoai tây được chiên ở nhiệt độ cao. Các loại khoai tây chiên dù rất đa dạng nhưng chủ yếu đều sử dụng khoai tây ruột vàng do chúng có hàm lượng tinh bột trung bình và có vị ngọt dịu. Một vài tài liệu gần đây như (Claudio Pelucchi và các cộng sự, 2003; Nicola Veronese và các cộng sự, 2017) đã nêu ra mối quan ngại về nguy cơ ung thư từ thực phẩm giàu acrylamide sau khi nồng độ cao của acrylamide được tìm thấy trong nhiều thực phẩm chứa tinh bột được chế biến ở nhiệt độ cao đặc biệt là ở khoai tây chiên khoảng 30–2300 μm/kg (Da-Wen Sun, 2010). Vì vậy, vấn đề làm giảm lượng acrlamide để làm tăng độ an toàn cho thực phẩm và đảm bảo cho sức khỏe con người là vấn đề cấp thiết.2 Tổng quan về acrylamide 1.1 Giới thiệu về acrylamide Acrylamide là một hợp chất hữu cơ linh hoạt tìm thấy trong nhiều sản phẩm trong cuộc sống hàng ngày của chúng ta.
Acrylamide tồn tại dưới hai dạng: monome (đơn vị) và polymer (nhiều đơn vị liên kết với nhau bằng liên kết hóa học). Acrylamide đã được chứng minh là chất độc thần kinh, chất độc sinh sản và là chất gây ung thư ở các loài động vật và ảnh hưởng đến di truyền (A Simonne, DL Archer – 2001). 6 Acrylamide là hợp chất hóa học có công thức phân tử C3H5NO (Erkekoglu, P., và cộng sự, 2014). Công thức cấu tạo của acrylamide được trình bày ở hình 1.