Mở đầu Chương 2: Tổng quan Chương 3: Vật liệu và phương pháp nghiên cứu Chương 4: Kết quả và bàn luận Chương 5: Kết luận và đề nghị 4 CHƯƠNG 2. Khoai mỡ Khoai mỡ ( Dioscorea alata) là loại cây lấy củ hàng năm, được trồng phổ biến ở Châu Phi, Châu Á, Nam Mỹ, Caribe, cũng như quần đảo Nam Thái Bình Dương. Mặc dù với hơn 600 loài thuộc chi Dioscorea nhưng chỉ có 6 loài có tầm quan trọng về mặt kinh tế (Andres et al. Các loài này là D.
cayenensis Lamk và D. Dioscorea alata, hay còn được gọi là khoai mỡ nước (water yam). Tại Việt Nam, khoai mỡ là cây lương thực được trồng khá phổ biến ở nhiều tỉnh thành. Trong đó, Long An là một trong những nơi có diện tích trồng khoai mỡ lớn và tập trung nhất.
Hiện nay, khoai mỡ được xem là một loài cây có tiềm năng bởi giá trị mà nó mang lại. Trong thực phẩm, khoai mỡ được trồng để lấy củ, nó được xếp thứ tư trong nhóm cây lấy củ quan trọng nhất sau khoai tây, sắn và khoai lang (Andres et al. Tại nhiều vùng ở Châu Phi, Châu Mỹ và Đông Nam Á khoai mỡ là thành phần chính trong chế độ ăn uống và được coi là nguồn lương thực chính (Patel et al. Tại Việt Nam, củ khoai mỡ thường được dùng để chế biến các món ăn.
Ngoài việc được sử dụng để chế biến thực phẩm, củ khoai mỡ còn mang lại nhiều giá trị khác nhau cho còn người. Đầu tiên, giá trị về kinh tế, khoai mỡ có giá trị kinh tế cao do là thực phẩm, có giá trị trong y học và dược lý. Nó được sản xuất thương mại ở Nigeria và các nước khác, mang lại sinh kế cho nông dân. Trong vài năm trở lại đây, tốc độ tăng trưởng trong trồng khoai mỡ chưa đáp ứng được nhu cầu ngày càng tăng gây ra tình trạng cầu lớn hơn cung dẫn đến giá tăng ở Nigeria.
Ở nhiều bang của Ấn Độ, nó được trồng cho mục đích thương mại và cũng có thể được nhìn thấy ở các thị trường nông thôn và bộ lạc. Về giá trị dược liệu, các loài Dioscorea được đặc trưng bởi sự hiện diện của diosgenin, đây là một aglycone là một chất hóa học được tìm thấy trong Dioscorea và được sử dụng thương mại trong ngành dược phẩm. Ngoài diosgenine, dioscorine, dioscine và các alkaloid khác cũng được tìm thấy. Rễ cũng có chứa phytosterol, alkaloid, tanin và nguồn tinh bột dồi dào (Dutta & Barnali Dutta, 2015).
Củ Dioscorea được dùng chủ trị một số bệnh như rối loạn tiêu hóa, chua họng do xây xát, tiêu chảy, bứt rứt, đau bụng, vết thương, bỏng, thiếu máu. Củ cũng được cho là có các hoạt động như kháng khuẩn, chống oxy hóa, tốt cho dạ dày và hạ đường huyết. Ngoài ra, Dioscorea được sử dụng rộng rãi trong điều trị kiết lỵ, trĩ và bệnh đau gan mãn tính (Ahmed et al. alata có nhiều hình dạng nhưng chủ yếu là hình trụ và phần ruột củ có màu trắng và tím.
Kích thước và hình dạng của khoai mỡ khác nhau tùy thuộc vào loài và điều kiện sinh trưởng, tối đa có thể đạt chiều dài 2-3 m và nặng khoảng 50 kg. Vì vậy, giá trị dinh dưỡng, thành phần hóa học và tính chất lý hóa của khoai mỡ thay đổi tùy theo điều kiện đất đai, loại đất và thời tiết. Một số đặc điểm về thành phần dinh dưỡng của tinh bột các loại củ thuộc giống Diocorea (Oko & Famurewa, 2015). Chỉ tiêu đánh giá D.villosa Độ ẩm 9,9 9,2 9,9 10,3 9,5 Tro 3,4 3,45 3,53 2,48 3,14 Chất Xơ 3,38 3,5 3,53 3,31 3,33 dinh Chất béo 1,99 2,15 2,39 1,62 2,41 dưỡng Protein 10,46 10,15 8,71 8,4 10,02 Carbohydarte 70,88 71,55 71,95 73,9 71,57 Na 18,38 16,38 16,99 24,84 21,06 Thành K 134,68 141,14 127,04 111,3 97,78 phần Ca 79,99 269,75 168,09 196,9 140,07 khoáng Mg 25,58 29,77 21,04 18,55 31,53 chất P 114,65 211,63 117,1 205,1 169,76 Fe 20,61 19,25 16,86 30,86 15,18 Chỉ số đường 35,56 36,47 38,9 40,88 41,31 huyết (%) Đặc Hàm lượng điểm tinh 12,42 15,22 13,68 16,11 13,99 Amylose (%) bột Nhiệt độ hồ 85 85 85,5 87 87 hóa Qua bảng 2.1, có thể thấy các thông số như dinh dưỡng, khoáng chất và các đặc tính của tinh bột khoai mỡ.
Theo kết quả nghiên cứu của (Oko & Famurewa, 2015) , hàm lượng carbohydarte của các giống khoai mỡ từ 70,88 – 73,9%. Hàm lượng protein từ 8,4 – 10,46%. Ngoài các thành phần như chất béo, protein, carbohydrate, khoai mỡ có chứa một lượng kali đáng kể và kali được xem là một loại khoáng chất hỗ trợ kiểm soát huyết áp. Chỉ số đường huyết của khoai mỡ tương đối thấp, dao động từ 35,56 – 41,31.
Như vậy, có thể xem khoai mỡ là một nguồn dinh dưỡng phù hợp đối với người bệnh đái tháo đường vì khoai mỡ có hàm lượng protein và chất xơ tương đối cao và chỉ số đường huyết thấp. Đặc điểm về tinh bột. Tinh bột về bản chất là loại polymer phổ biến trong thực vật và nó thường được tiêu thụ như một nguồn carbohydrate chính cung cấp dinh dưỡng của con người. Có mặt trong nhiều loài thực vật khác nhau như ngô, sắn, khoai lang, lúa mì và gạo… Chủ yếu được tìm thấy trong hạt rễ và củ, cũng như trong thân lá quả và cả phấn hoa (Pérez & Bertoft, 2010).
Năm 6 2006, sản lượng tinh bột thế giới đạt khoảng 60 triệu tấn, chủ yếu từ việc thu hoạch ngô/ngô (73%), sắn/bột sắn (14%), lúa mì (8,1%) và khoai tây (37%). Trong những năm qua, tinh bột tự nhiên và tinh bột biến tính đã được sử dụng rộng rãi làm thành phần trong thực phẩm và đồ uống, công nghiệp, mỹ phẩm và dược phẩm. Tinh bột thường cung cấp kết cấu, độ ổn định và tạo màng cho các sản phẩm thực phẩm hoặc hỗ trợ quá trình sản xuất. Tinh bột cũng được sử dụng rộng rãi trong các ứng dụng công nghiệp phi thực phẩm, đặc biệt là trong sản xuất giấy, bìa, mỹ phẩm, dược phẩm, bao bì có thể tái tạo (Bertolini, 2009) Do tinh bột không tan trong nước lạnh nên trong quá trình sản xuất sẽ được hồ hóa trước khi đưa vào sử dụng.
Chính vì thế, tinh bột thô bị hạn chế sử dụng trong sản xuất công nghiệp. Quá trình hồ hóa làm thay đổi cấu trúc của các phân tử bên trong hạt tinh bột. Khi được gia nhiệt trong nước, tính chất bán tinh thể trong cấu trúc của tinh bột thô bị phân hủy và biến mất, cấu trúc dạng hạt dần dần bị phá vỡ và tạo thành dung dịch có độ nhớt cao. Hồ hóa là quá trình làm thay đổi cấu trúc của hạt tinh bột từ trạng thái trật tự sang vô định hình (Ratnayake & Jackson, 2008).
Thành phần hóa học Amylose và amylopectin là hai loại polymer cấu tạo nên tinh bột. Trong phân tử hạt, các amylose và amylopectin được sắp xếp theo một quy luật nhất định và tạo thành dạng bán tinh thể, với cấu trúc từng vòng xen kẽ nhau, hạt tinh bột sẽ không hòa tan trong nước lạnh (Cui, 2005). Amylose là một polysacaride mạch thẳng chủ yếu, bao gồm các chuỗi phân tử glucose (D – glucan) được kết nối với nhau thông qua liên kết α – 1,4 glucoside với ít hơn 0,1% điểm nhánh thông qua liên kết α – 1,6 glucoside. Chuỗi α – glucan trong amylose dài hơn nhiều so với amylopectin, thường có khoảng 840 – 22000 đơn vị α – D – glucopyranosyl, khối lượng ước tính của amylose là 105 đến 106 g/mol.
Amylose từ một số nguồn tinh bột chứa khoảng 2 đến 8 điểm nhánh trên mỗi phân tử, chiều dài của các chuỗi nhánh này thay đổi từ 4 đến 100 DP (Cui, 2005). Trong tự nhiên, amylose tồn tại ở hai dạng liên kết tự do và tạo phức với lipid, cả hai dạng đều có các chức năng riêng biệt ảnh hưởng lớn đến tính chất của hạt tinh bột (Delcour et al. Chuỗi amylose được cho là ở trạng thái xoắn đơn lẻ, mặc dù một tỷ lệ nhỏ có thể tham gia vào phức lipid. Một số chuỗi amylose lớn hơn (không thể lọc) có thể tham gia vào các tương tác xoắn kép với amylopectin (Pérez & Bertoft, 2010).
7 Hàm lượng amylose có thể ảnh hưởng đến quá trình hồ hóa, khả năng hòa tan và hàm lượng tinh bột kháng của tinh bột (Wu et al. Cấu trúc cơ bản của amylose Amylopectin bao gồm các chuỗi glucose tuyến tính được liên kết chủ yếu bởi các liên kết α – 1,4 glucoside. Trái ngược với amylose, amylopectin có mức độ phân nhánh cao hơn và liên kết với nhau thông qua liên kết α – 1,6 glucoside (khoảng 5%), tạo ra cấu trúc phân nhánh cao. Amylopectin là một trong những phân tử sinh học lớn nhất và khối lượng phân tử (Mw) nằm trong khoảng từ 106 đến 109 g/mol, các chuỗi nhánh của amylopectin có liên quan đến cấu trúc tinh thể của hạt tinh bột.
Amylopectin được xem là thành phần chính của hầu hết các loại tinh bột (Hizukuri et al. Do sự khác nhau về cấu trúc dẫn đến đặc tính và ứng dụng của amylose và amylopectin sẽ khác nhau hoàn toàn (Cui, 2005). Cấu trúc phân tử cơ bản của amylopectin Hình 2. Mô hình cụm của amylopectin 8 Trong cấu trúc amylopectin tồn tại ba loại chuỗi và được phân loại dựa trên độ dài của chuỗi.
Ba loại chuỗi đó là A, B và C. Đầu tiên là chuỗi A, được xem là chuỗi không thể bị thay thế bởi bất kỳ chuỗi nào khác, nằm trong một cụm duy nhất và thông qua liên kết α – 1,6 glucoside (DP 6– 12) liên kết với chuỗi B hoặc C. Chuỗi B có thể liên kết với chuỗi A hoặc chuỗi B1 (DP 13 –24), B2 (DP 25 –36) hoặc B3 (DP >37), tùy thuộc vào độ dài và số cụm. Chuỗi C là chuỗi duy nhất có đầu khử trong phân tử amylopectin (Pérez & Bertoft, 2010).
Nếu trong tinh bột có chuỗi A (DP 6 –12) cao thì hàm lượng tinh bột kháng (RS, resistant starch) của tinh bột thấp. Tỷ lệ chuỗi A cũng có mối tương quan thuận với tốc độ thủy phân và chỉ số đường huyết ước tính của các loại tinh bột. Các nhánh có chiều dài ngắn thường nằm trong vùng vô định hình và sẽ làm giảm nhiệt độ hồ hóa. Vì chúng không thể tạo thành chuỗi xoắn kép ổn định nên dễ dàng bị enzyme tiêu hóa thủy phân (Chung et al.
Chuỗi B1 (DP 13 –24) và hàm lượng tinh bột tiêu hóa chậm (SDS, slowly digestible starch) có tính tương quan, chuỗi B2 (DP 25 –36) và B3 (DP >37) có khả năng liên kết với các cụm chặt chẽ hơn. Do đó, enzyme tiêu hóa khó tiếp xúc với cấu trúc hạt, kết quả là hàm lượng SDS và hàm lượng RS của tinh bột cao hơn (Hoover et al. Một điểm đặc trưng khác của amylopectin là các monome phosphate liên kết cộng hóa trị.