BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

Vũ Thị Ngọc Bích

NGHIÊN CỨU BIẾN TÍNH TINH BỘT TỪ DONG RIỀNG, KHOAI
LANG VÀ ỨNG DỤNG TRONG SẢN XUẤT MỘT SỐ THỰC PHẨM

LUẬN ÁN TIẾ N S Ĩ CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM

Hà Nội – Năm 2 0 1 2


BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

Vũ Thị Ngọc Bích

NGHIÊN CỨU BIẾN TÍNH TINH BỘT TỪ DONG RIỀNG, KHOAI
LANG VÀ ỨNG DỤNG TRONG SẢN XUẤT MỘT SỐ THỰC PHẨM
Ch u yên n gàn h : Ch ế b iến th ực p h ẩm và đ ồ u ốn g
Mã s ố: 6 2 .5 4 .0 2 .0 1

LUẬN ÁN TIẾ N S Ĩ CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC:
1 . PGS . TS . Bù i Đức Hợi
2 . PGS . Lê Ngọc Tú

Hà Nội – Năm 2 0 1 2


II

Cuối cùng tôi xin trân trong cảm ơn tất cả những người thân, đồng
nghiệp, bạn bè đã luôn động viên, giúp đỡ và tạo mọi điều kiện để tôi hoàn
thành luận án này!
Hà Nội, ngày

tháng năm 2012
Tác giả luận án

Vũ Thị Ngọc Bích


III

LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi với sự
giúp đỡ của tập thể các nhà khoa học.
Các số liệu và kết quả trong luận án là trung thực, khách quan, một
phần của luận án đã được công bố trên các tạp chí khoa học với sự đồng ý
của đồng tác giả, phần còn lại chưa công bố trong bất kỳ công trình khoa học
nào.
Tác giả luận án

Vũ Thị Ngọc Bích


IV

MỤC LỤC


5

1.1.2 Đặc tính thực vật và phân loại...................................................

5

1.1.3 Thành phần hóa học của củ khoai lang......................................

7

1.1.4 Giá trị kinh tế và sử dụng .........................................................

8

1.2 GIỚI THIỆU CÂY DONG GIỀNG .................................................................

1.2.1 Lịch sử phát triển.......................................................................

9
9

1.2.2 Đặc tính thực vật và phân loại...................................................

10

1.2.3 Thành phần hóa học..................................................................

12


1.4.1 Biến tính tinh bột bằng phương pháp vật lý .............................

34
35


V

1.4.2 Biến tính tinh bột bằng phương pháp hóa học .............................

38

1.4.3 Biến tính tinh bột bằng enzym .....................................................

45

1.4.3 Ứng dụng của tinh bột biến tính trong công nghiệp thực phẩm

48

1.4.4 Một số nghiên cứu biến tính tinh bột bằng phương pháp oxy
hóa ......................................................................................................

50

CHƯƠNG 2.NGUYÊN LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
2.1 NGUYÊN LIỆU ...........................................................................................

2.1.1 Dong giềng củ tươi ...................................................................



2.2.1.4 Phương pháp xác định độ nhớt bằng nhớt kế Oswald ........

53

2.2.1.5 Xác định độ hòa tan của tinh bột.........................................

53

2.2.1.6 Xác định độ bền gel ...........................................................

54

2.2.1.7 Phương pháp xác định độ xốp xủa bich quy........................

54

2.2.1.8 Phương pháp xác định độ trắng của tinh bột .....................

55

2.2.1.9 Phương pháp xác định kích thước tinh bột .......................

55

2.2.2 Các phương pháp phân tích hóa sinh .......................................

55

2.2.2.1 Phương pháp phân tích hàm lượng tinh bột, đường ............

2.2.2.8 Phương pháp xác định chỉ số khử ......................................

62

2.2.2.9 Phương pháp xác định khả năng đường hóa .......................

63

2.2.2.10 Phương pháp xác định khả năng lên men ........................

64

2.2.3 Các quy trình chế biến ..............................................................
2.2.3.1 Quy trình tách thu tinh bột từ củ dong giềng và khoai lang

65

2.2.3.2 Quy trình biến tính tinh bột bằng KMnO4 ..........................

65

2.2.3.3 Quy trình biến tính tinh bột bằng NaClO .........................

67

2.2.4 Phương pháp đánh giá cảm quan ..............................................

68

2.2.5 Phương pháp toán học...............................................................

73

3.2.2 Ảnh hưởng của thời gian biến tính .........................................

80

3.2.3 Ảnh hưởng của nhiệt độ biến tính ...........................................

82

3.3 KHẢO SÁT CÁC YẾU TỐA ẢNH HƯỞNG ĐẾN QUÁ TRÌNH
BIẾN TÍNH TINH BỘT BẰNG NaClO ...............................................
3.3.1 Ảnh hưởng của nồng độ NaClO ...............................................

77
77

85


VII

3.3.2 Ảnh hưởng của thời gian biến tính ...........................................

86

3.3.3 Ảnh hưởng của nhiệt độ biến tính ............................................

87



115

NaClO trong sản xuất nước mắm dạng kem......................................
3.6.4 Nghiên cứu ứng dụng tinh bột khoai lang biến tính bằng

119

NaClO trong sản xuất bánh qui .......................................................
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ

122

DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH ĐÃ CÔNG BỐ

124

TÀI LIỆU THAM KHẢO

125

PHỤ LỤC


VIII

DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT
AOAC

Association of Official Analitical Chemits


Mẫu biến tính tinh bột khoai lang bằng KMnO4 ở mức
nồng độ thứ 1 đến thứ 7

KDt1 ... KDt5

Mẫu biến tính tinh bột dong bằng KMnO4 ở mức nhiệt
độ thứ 1 đến thứ 5

KLt1 ... KLt5

Mẫu biến tính tinh bột khoai lang bằng KMnO4 ở mức
nhiệt độ thứ 1 đến thứ 5

KDtg1 ... KDtg5

Mẫu biến tính tinh bột dong bằng KMnO4 ở mức thời
gian thứ 1 đến thứ 5

KLtg1 ... KLtg5

Mẫu biến tính tinh bột khoai lang bằng KMnO4 ở mức
thời gian thứ 1 đến thứ 5

JDn1 ... JDn7

Mẫu biến tính tinh bột dong bằng NaClO ở mức nồng
độ thứ 1 đến thứ 7

JLn1 ... JLn7

quét

TCVN

Tiêu chuẩn Việt Nam


X

DANH MỤC CÁC BẢNG
Bảng 1.1. Thành phần hóa học của củ khoai lang .................................

8

Bảng 1.2. thành phần hóa học của củ dong giềng ...................... ..........

12

Bảng 1.3. Hàm lượng Am của một số tinh bột ......................................

13

Bảng 1.4. Kích thước của một số loại tinh bột ......................................

20

Bảng 2.1.Tỷ lệ pha dung dịch chuẩn Am/Ap …………….....………...

59



Bảng 3.8. Ma trận thực nghiệm và kết quả biến tính tinh bột khoai lang

99

Bảng 3.9. Các thông số của tinh bột dong riềng ....................................

107

Bảng 3.10. Các thông số của tinh bột khoai lang .................................

108

Bảng 3.11. Chất lượng cảm quan giò chay............................................. 112
Bảng 3.12 Độ bền gel của giò chay ........................................................

113

Bảng 3.13.Điểm đánh giá cảm quan sữa chua ....................................... 115
Bảng 3.14.Giá trị trung bình độ OD của các mẫu mắm .........................

117

Bảng 3.15. mức độ ưa thích của các mẫu mắm ...................................... 117
Bảng 3.16. Giá trị trung bình độ xốp các mẫu bánh quy ........................ 119
Bảng 3.17. Điểm đánh giá cảm quan trung bình của các thành viên cho


XI


Hình 1.7. Ảnh chụp cấu trúc phân tầng hạt tinh bột

khoai

tây.......................................................................................................

22

Hình 1.8. Cấu trúc vòng của các mẫu tinh bột ..........................................

22

Hình 1.9. Mô hình cấu trúc amyloza và amilopectin trong các lớp kết
tinh và vô định hình ........................................................................

23

Hình 1.10. Mô hình hạt tinh bột hồ hóa(B), thoái hóa(C) .......................

31

Hình 1.11.Mô hình tạo liên kết ngang giữa trimetaphotphat và tinh bột..

41

Hình 1.12.Cơ chế tác dụng của α- amilaza lên liên kết α- 1,4 glucozit
của phân tử tinh bột ............................................................................
Hình 1.13.Cơ chế tác dụng của β - amilaza lên liên kết α- 1,4 glucozit
của phân tử tinh bột ..................................................................................
Hình1.14. Cơ chế tác dụng của Pululanaza lên liên kết α- 1,6 glucozit

68


XIII

Hình3.1 Đồ thị biến thiên mật độ quang (OD) theo hàm lượng Am (%)

72

Hình 3.2. Vi ảnh tinh bột khoai lang Hoàng Long .................................

73

Hình 3.3. Vi ảnh tinh bột dong riềng Hưng Yên .....................................

74

Hình 3.4. Biểu đồ phân bố kích thước hạt tinh bột khoai lang Hoàng
Long ................................................................................................

75

Hình 3.5. Biểu đồ phân bố kích thước hạt tinh bột dong riềng Hưng Yên

75

Hình 3.6.Giản đồ DSC xác định nhiệt độ hồ hóa của tinh bột dong riềng

76



Hình 3.14. Ảnh hưởng của nhiệt độ biến tính đến độ nhớt tinh bột biến
tính bằng KMnO4 ..............................................................................

81

Hình 3.15. Ảnh hưởng của nhiệt độ biến tính đến độ hòa tan tinh bột
biến tính bằng KMnO4 ......................................................................

81

Hình 3.16. Ảnh hưởng của nhiệt độ biến tính đến độ bền gel tinh bột
biến tính bằng KMnO4 .......................................................................

81

Hình 3.17.Ảnh hưởng của nồng độ NaClO đến độ nhớt tinh bột biến
tính ………………………………………………………………...
Hình 3.18. Ảnh hưởng của nồng độ NaClO đến độ hòa tan tinh bột biến

85


XIV

tính ...................................................................................................

85

Hình 3.19. Ảnh hưởng của nồng độ NaClO đến độ bền gel tinh bột biến

biến tính bằng NaClO ......................................................................

89

Hình 3.26.Mức độ đáp ứng sự mong đợi-biến tính tinh bột dong riềng...

97

Hình 3.27.Mức độ đáp ứng sự mong đợi- biến tính tinh bột khoai lang... 104
Hình3.28. Đồ thị phân bố kích thước tinh bột dong riềng biến tính .......

106

Hình 3.29 Giản đồ DSC xác định nhiệt đồ hồ hóa của tinh bột dong
riềng biến tính ..................................................................................
Hình 3.30. Vi ảnh tinh bột dong riềng gốc (A) và biến tính (B) ..............
Hình 3.31. Đồ thị phân bố kích thước tinh bột khoai lang biến tính........
Hình 3.32 Giản đồ DSC xác định nhiệt đồ hồ hóa của tinh bột khoai
lang biến tính.....................................................................................
Hình 3.33. Vi ảnh tinh bột khoai lang gốc (A) và biến tính (B)

106

Hình 3.34. Sơ đồ quy trình chế biến giò chay .......................................

112

Hình 3.35. Sơ đồ quy trình sản xuất sữa chua ........................................

115

tính tinh bột để tạo ra những tính chất mới phù hợp với yêu cầu sản xuất nhằm
đạt được những sản phẩm có chất lượng tốt hơn, giá trị cảm quan cao hơn và tạo
ra những sản phẩm mới đáp ứng nhu cầu ngày càng cao của con người.
Ở nước ta, nguồn tinh bột nguyên liệu rất dồi dào và phong phú, song có
nhiều sản phẩm vẫn phải sử dụng tinh bột biến tính nhập ngoại, làm tăng giá
thành sản phẩm và nhiều khi không thuận lợi trong sản xuất. Trong các nguồn
tinh bột, các loại củ giàu tinh bột có nhiều đặc tính thuận lợi cho khai thác như
hàm lượng tinh bột cao, kết cấu củ mềm, giá thành hạ. Cây khoai lang và dong
riềng là hai loại cây có củ giàu tinh bột được trồng phổ biến và lâu đời ở nước ta.
Tinh bột dong riềng có hàm lượng Am cao hứa hẹn khả năng tạo gel tốt. Tinh
bột khoai lang có hàm lượng Ap cao sẽ có khả năng tạo độ nhớt lớn. Với việc
biến tính, tạo thêm hoặc cải thiện các tính chất tự nhiên của hai loại tinh bột này
hứa hẹn nhiều ứng dụng tốt trong công nghệ thực phẩm, giảm thiểu việc nhập
ngoại các loại tinh bột biến tính và phụ gia thực phẩm trong tương lai.
Xuất phát từ thực tế đó, đề tài “Nghiên cứu biến tính tinh bột từ dong
riềng, khoai lang và ứng dụng trong sản xuất một số thực phẩm” được tiến hành
với mục tiêu nghiên cứu sự thay đổi một số tính chất quan trọng của tinh bột
dong riềng và khoai lang nhằm hướng tới khả năng ứng dụng cho sản xuất thực


2

phẩm, làm tăng giá trị kinh tế của tinh bột nói riêng và các sản phẩm nông sản
nói chung, góp phần thúc đẩy phát triển nông nghiệp và công nghiệp chế biến
thực phẩm.
2. Mục tiêu nghiên cứu
- Nghiên cứu một số tính chất của tinh bột khoai lang và dong riềng.
- Nghiên cứu biến tính tinh bột dong riềng, tinh bột khoai lang bằng
phương pháp oxy hóa bằng tác nhân KMnO4 và NaClO.
- Nghiên cứu chế độ công nghệ biến tính tinh bột khoai lang, dong riềng

phẩm.
5. Ý nghĩa thực tiễn
- Xây dựng được chế độ biến tính tinh bột khoai lang bằng NaClO có thể
ứng dụng trong sản xuất một số sản phẩm thực phẩm nhằm cải thiện độ nhớt, độ
dẻo, độ phồng nở.
- Xây dựng được chế độ biến tính tinh bột dong riềng bằng KMnO4 có thể
ứng dụng cho các sản phẩm cần cải thiện độ bền gel.
- Sử dụng tinh bột biến tính vào quy trình sản xuất một số sản phẩm thực
phẩm có khả năng ứng dụng vào thực tế sản xuất.
- Các sản phẩm tinh bột biến tính có khả năng ứng dụng thay thế các tinh
bột biến tính nhập ngoại, giúp tăng giá trị kinh tế cho nông sản, thúc đẩy phát
triển sản xuất nông nghiệp cũng như công nghiệp chế biến thực phẩm của nước
nhà.
6. Những điểm mới của đề tài
- Nghiên cứu về sự thay đổi độ bền gel của tinh bột khoai lang và tinh bột
dong riềng biến tính bằng phương pháp oxy hóa.
- Nghiên cứu biến tính tinh bột để có được các tính chất công nghệ thích
hợp cho việc ứng dụng sản xuất một số loại sản phẩm thực phẩm.


4

- Nghiên cứu về khả năng chuyển hóa sinh học của tinh bột biến tính bởi
enzym thủy phân tinh bột và nấm men.
- Đóng góp thêm các thông tin về thành phần hóa học, tính chất của tinh
bột khoai lang và dong riềng.


5


6

nhẵn nhụi có màu từ đỏ, tím, nâu hay trắng. Lớp cùi thịt có màu từ trắng, vàng,
cam hay tím.
Củ khoai lang là bộ phận rễ phình to chứa tinh bột, mỗi thân khoai lang có
thể cho 40-50 củ. Các loại khoai có kích thước, hình dạng, màu sắc, các đặc tính
về bảo quản, dinh dưỡng và chế biến khác nhau. Chiều dài củ có thể từ vài
centimet tới trên 30cm, khối lượng củ từ 100g tới 1kg [4].

Hình 1.1. Cây và củ khoai lang
Cấu tạo của củ khoai lang gồm có 3 phần là vỏ bao, vỏ cùi và thịt củ [13]. Khoai
lang là loại củ không có lõi, từ cuống củ nối với thân cây có hệ thống xơ chạy
dọc theo củ [2]. Các mắt củ có thể là rễ nhỏ hay mầm.
Phần vỏ bao chiếm khoảng 1% khối lượng toàn củ, gồm những tế bào hình
tứ giác, có thành dày chứa sắc tố, xếp hàng ngang và xít nhau. Thành tế bào chủ
yếu gồm xenluloza, bảo vệ củ chống lại các tác động cơ học.
Phần vỏ cùi có ranh giới không rõ rệt với thịt củ, chiếm 5 – 10% khối
lượng toàn củ. Vỏ cùi gồm những tế bào dạng tinh thể, thành mỏng, chứa tinh
bột, nguyên sinh chất, dịch thể (chất mủ), sắc tố, enzym.
Phần thịt củ gồm những tế bào nhu mô chứa tinh bột, đường, các hợp chất
nitơ, các nguyên tố vi lượng…[9].
• Phân loại
Người ta có nhiều cách phân loại khoai lang
a.Theo mục đích sử dụng:


7

- Các giống dùng cho chế biến tinh bột có năng suất củ cao, hàm lượng tinh
bột lớn như khoai Hoàng Long, KB1…

13,98 – 22,7 % [38]. Đường trong khoai lang vừa có giá trị dinh dưỡng vừa đem
lại giá trị cảm quan cho sản phẩm, đặc biệt các sản phẩm chế biến trực tiếp từ củ
tươi.
*Protein: Hàm lượng protein của khoai phụ thuộc vào giống, điều kiện khí
hậu, đất đai, kĩ thuật canh tác, mùa vụ…Hàm lượng protein thô của khoai lang
biến động trong khoảng khá lớn 1,3 – 10% chất khô [13].
Các chất khác
*Vitamin: So với các loại cây hoa màu khác vitamin trong khoai tương đối
cao, trong đó có các loại B1, B2, PP, C, một số loại khoai thịt củ màu vàng, nghệ
có hàm lượng caroten khá cao. Theo số liệu viện dinh dưỡng công bố các loại
khoai Việt Nam có hàm lượng vitamin thay đổi từ 23 đến 30mg/100g [11].
Trong khoai lang cũng có các chất khoáng, chất béo thì rất ít.
*Hợp chất polyphenol: Trong củ khoai có chứa một số hợp chất
polyphenol, với hàm lượng khoảng 0,16% phân bố khá đều trong vỏ và thịt củ.
Hiện tượng oxy hóa hợp chất polyphenol là nguyên nhân chính gây màu thâm
đen cho các sản phẩm chế biến từ củ, giảm độ trắng của tinh bột khoai lang [19].
Củ khoai lang khi nảy mầm lượng enzym amylaza tăng lên đáng kể khiến cho
hàm lượng đường tăng lên [9], [10].
Bảng 1.1. Thành phần hóa học của củ khoai lang, trên 100g củ [2]
% ăn
được

Muối khoáng (mg%)

Các thành phần chính (g%)
Nước

Protit

Lipit

Caro

B1

B2

PP

C

0,04

0,04

0,5

19

ten
1,0

27,9

40,2

0,8

0,25