Tài liệu Nghiên cứu công nghệ chế biến bột khoai lang tím giống nhật bản cho mục đích chế biến đồ uống

1 ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƯỜNG ĐẠI HỌC NÔNG LÂM NG¤ THÞ H¦¥NG Tên đề tài: Nghiªn cøu c«ng nghÖ chÕ biÕn bét khoai lang tÝm gièng NhËt B¶n cho môc ®Ých chÕ biÕn ®å uèng KhãA LUËN TèT NGHIÖP §¹I HäC Hệ đào tạo Chuyên ngành Khoa Khoá học : Chính quy : Công nghệ Thực phẩm : CNSH-CNTP : 2010-2014 Thái Nguyên, năm 2014 2 ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƯỜNG ĐẠI HỌC NÔNG LÂM NG¤ THÞ H¦¥NG Tên đề tài: Nghiªn cøu c«ng nghÖ chÕ biÕn bét khoai lang tÝm gièng NhËt B¶n cho môc ®Ých chÕ biÕn ®å uèng KhãA LUËN TèT NGHIÖP §¹I HäC Hệ đào tạo : Chính quy Chuyên ngành : Công nghệ Thực phẩm Lớp : K42 - CNTP Khoa : CNSH-CNTP Khoá học : 2010-2014 Giảng viên hướng dẫn : TS. Hoàng Thị Lệ Hằng Trưởng bộ môn Bảo quản Chế biến - Viện nghiên cứu Rau Quả ThS. Phạm Thị Vinh Khoa CNSH - CNTP, trường Đại học Nông Lâm Thái Nguyên Thái Nguyên, năm 2014 3 LỜI CẢM ƠN Lời đầu tiên tôi xin chân thành cảm ơn Ban Giám hiệu trường Đại học Nông Lâm Thái Nguyên, các phòng ban liên quan, Ban Chủ Nhiệm khoa CNSH & CNTP, cùng toàn thể các thầy cô giáo khoa CNSH & CNTP đã giảng dạy, hướng dẫn để tôi có những kiến thức như ngày hôm nay. Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới TS. Hoàng Thị Lệ Hằng đã tận tình chỉ bảo, hướng dẫn và giúp đỡ tôi trong suốt quá trình nghiên cứu và hoàn thành khóa luận tốt nghiệp. Tôi xin bày tỏ lời cảm ơn các cán bộ của Bộ môn Bảo quản Chế biến, Viện Nghiên cứu Rau quả - Trâu Quỳ - Gia Lâm - Hà Nội đã tạo điều kiện giúp đỡ tôi thực hiện tốt nhiệm vụ nghiên cứu của mình. Tôi xin gửi lời cảm ơn chân thành tới ThS. Phạm Thị Vinh đã nhiệt tình giúp đỡ dạy bảo để tôi hoàn thành tốt khóa luận này. Cuối cùng, tôi xin bày tỏ tình cảm và lòng biết ơn chân thành nhất tới gia đình, bạn bè đã tận tình giúp đỡ, động viên tôi trong suốt thời gian qua. Tôi xin chân thành cảm ơn tất cả những sự giúp đỡ quý báu đó. Thái nguyên, ngày tháng năm 2014 Sinh viên Ngô Thị Hương 4 LỜI CAM ĐOAN Tôi cam đoan rằng số liệu và các kết quả nghiên cứu trong luận văn này là hoàn toàn trung thực và chưa hề sử dụng để bảo vệ một học vị nào. Trong quá trình thực hiện đề tài và hoàn thiện khóa luận mọi sự giúp đỡ đều đã được cám ơn và các trích dẫn trong luận văn đều được ghi rõ nguồn gốc. Thái nguyên, ngày tháng năm 2014 Sinh viên Ngô Thị Hương 5 DANH MỤC CÁC BẢNG trang Bảng 2.1: Hàm lượng các chất chống oxy hóa trong các loại khoai lang khác nhau ............ 5 Bảng 2.2: Hàm lượng các chất vi lượng trong các loại khoai lang......................................... 5 Bảng 2.3: Thành phần hóa học của khoai lang (tính cho 100g sản phẩm) ............................ 7 Bảng 2.4: Các acid amin có trong protein toàn phần (tính theo 16g N) ................................. 7 Bảng 2.5: Đặc điểm và thành phần hóa học của 5 giống khoai lang khác nhau.................... 8 Bảng 2.6: Sản lượng khoai lang trên thế giới (tấn) ................................................................ 13 Bảng 4.1: Bảng kết quả phân tích các chỉ tiêu chất lượng của khoai lang tím Nhật Bản theo kích thước củ .................................................................................................................... 35 Bảng 4.2: Kết quả xác định một số chỉ tiêu của khoai lang tím tươi có kích thước trung bình.................................................................................................................................. 36 Bảng 4.3: Sự ảnh hưởng của các nồng độ acid citric tới màu sắc và các chỉ tiêu của khoai lang tím trong quá trình sơ chế................................................................................................ 38 Bảng 4.4: Sự ảnh hưởng của thời gian ngâm acid citric tới màu sắc và các chỉ tiêu của khoai lang tím trong quá trình sơ chế ..................................................................................... 39 Bảng 4.5: Ảnh hưởng của các độ dày thái lát đến chất lượng khoai lang tím sau sấy ........ 41 Bảng 4.6. Sự ảnh hưởng của nhiệt độ sấy đến chất lượng của khoai lang tím .................... 42 Bảng 4.7: Ảnh hưởng của các phương pháp nghiền đến chất lượng bột phục vụ cho mục đích chế biến đồ uống .............................................................................................................. 43 Bảng 4.8. Ảnh hưởng của kích thước hạt đến chât lượng của bột khoai lang tím............... 45 Bảng 4.9. Nhận xét cảm quan trạng thái, màu sắc dung dịch bột khoai lang tím................ 46 Bảng 4.10: Kết quả đánh giá chất lượng bột khoai lang tím Nhật Bản................................ 49 6 DANH MỤC CÁC HÌNH trang Hình 2.1: Công thức và chất màu anthocyanin từ khoai lang tím .......................................... 9 Hình 2.2. Một số sản phẩm chế biến từ khoai lang................................................................ 17 Hình 2.3: Quy trình công nghệ chế biến bột khoai lang tím Nhật Bản ................................ 23 Hình 3.1: Màu của anthocyanin trong khoai lang tím tại pH = 1 và pH = 4,5 ................... 34 Hình 4.1: Quy trình sản xuất bột khoai lang tím Nhật Bản................................................... 48 7 DANH MỤC CÁC TỪ, CỤM TỪ VIẾT TẮT CT Cs : Công thức : Cộng sự FAO (Food and Agriculture Organization): Tổ chức lương thực và nông nghiệp NXB STT : Nhà xuất bản : Số thứ tự 8 MỤC LỤC trang PHẦN 1: MỞ ĐẦU....................................................................................................1 1.1. Đặt vấn đề............................................................................................................................ 1 1.2. Mục đích và yêu cầu của đề tài .......................................................................................... 2 1.2.1. Mục đích........................................................................................................................... 2 1.2.2. Yêu cầu............................................................................................................................. 2 PHẦN 2: TỔNG QUAN TÀI LIỆU.........................................................................3 2.1. Giới thiệu chung về khoai lang .......................................................................................... 3 2.1.1. Khoai lang ........................................................................................................................ 3 2.1.2. Khoai lang tím Nhật Bản................................................................................................. 3 2.1.3. Tính ưu việt của khoai lang tím Nhật Bản so với các loại khoai lang khác................. 4 2.2. Cấu tạo và thành phần hóa học của khoai lang tím .......................................................... 5 2.2.1. Cấu tạo của củ khoai lang tím ......................................................................................... 5 2.2.2. Thành phần hóa học của khoai lang tím......................................................................... 6 2.3. Anthocyanin và các tính chất ............................................................................................. 8 2.3.1. Đặc điểm của anthocyanin .............................................................................................. 8 2.3.2. Tính chất của anthocyanin .............................................................................................. 9 2.3.3. Một số yếu tố ảnh hưởng đến độ màu của anthocyanin.............................................. 10 2.3.4. Vai trò, công dụng của anthocyanin ............................................................................. 11 2.4. Tình hình sản xuất và tiêu thụ khoai lang trên thế giới và ở Việt Nam......................... 12 2.4.1. Tình hình sản xuất và tiêu thụ khoai lang trên thế giới ............................................... 12 2.4.2. Các nghiên cứu về khoai lang tím trên thế giới ........................................................... 14 2.4.3. Tình hình sản xuất và tiêu thụ khoai lang ở Việt Nam................................................ 15 2.5. Một số sản phẩm chế biến từ khoai lang ......................................................................... 16 2.5.1. Khoai lang làm khô........................................................................................................ 17 2.5.2. Khoai lang nghiền nhừ .................................................................................................. 17 2.5.3. Khoai lang đóng hộp ..................................................................................................... 18 2.5.4. Khoai lang để lạnh ......................................................................................................... 18 2.5.5. Khoai lang rán giòn ....................................................................................................... 18 2.5.6. Mứt nghiền, mứt ướt và kẹo.......................................................................................... 18 2.5.7. Các sản phẩm từ bột khoai lang.................................................................................... 19 2.5.8. Nước giải khát không cồn từ khoai lang ...................................................................... 19 9 2.6. Các phương pháp ổn định màu sắc nông sản trong quá trình sơ chế khoai lang tím ... 20 2.7. Giới thiệu một số máy nghiền sử dụng trong chế biến thực phẩm................................ 21 2.8. Quy trình và thuyết minh quy trình sản xuất bột khoai lang tím Nhật Bản .................. 22 PHẦN 3: ĐỐI TƯỢNG, NỘI DUNG, PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU .........25 3.1. Đối tượng, hóa chất, dụng cụ, phạm vi nghiên cứu....................................................... 25 3.1.1. Đối tượng nghiên cứu.................................................................................................... 25 3.1.2. Hóa chất.......................................................................................................................... 25 3.1.3. Dụng cụ và thiết bị......................................................................................................... 25 3.1.4. Phạm vi nghiên cứu ....................................................................................................... 26 3.2. Thời gian, địa điểm nghiên cứu ....................................................................................... 26 3.2.1. Thời gian tiến hành nghiên cứu .................................................................................... 26 3.2.2. Địa điểm nghiên cứu ..................................................................................................... 26 3.3. Nội dung nghiên cứu ........................................................................................................ 26 3.4. Phương pháp nghiên cứu.................................................................................................. 26 3.4.1. Phương pháp bố trí thí nghiệm ..................................................................................... 26 3.4.2. Phương pháp phân tích các chỉ tiêu nghiên cứu .......................................................... 30 3.4.3. Phương pháp xử lý số liệu............................................................................................. 34 PHẦN 4: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN ................................................................35 4.1. Nghiên cứu đánh giá chất lượng của nguyên liệu khoai lang tím Nhật Bản cho chế biến sản phẩm bột khoai lang tím ........................................................................................... 35 4.2. Nghiên cứu sử dụng acid citric để ổn định chất lượng khoai lang tím trong công đoạn sơ chế ........................................................................................................................................ 38 4.2.1. Nghiên cứu xác định nồng độ acid citric thích hợp để ổn định chất lượng khoai lang tím trong công đoạn sơ chế...................................................................................................... 38 4.2.2. Nghiên cứu xác định thời gian ngâm acid citric thích hợp để ổn định chất lượng khoai lang tím trong công đoạn sơ chế ................................................................................... 39 4.3. Nghiên cứu xác định độ dày thái lát phù hợp cho công đoạn sơ chế nguyên liệu khoai lang tím ..................................................................................................................................... 40 4.4. Nghiên cứu xác định nhiệt độ sấy thích hợp trong công đoạn sơ chế nguyên liệu khoai lang tím ..................................................................................................................................... 42 4.5. Nghiên cứu xác định thông số nghiền tạo ra bột khoai lang tím Nhật Bản phù hợp cho mục đích chế biến đồ uống...................................................................................................... 43 4.5.1. Nghiên cứu xác định phương pháp nghiền thích hợp tạo bột khoai lang tím............ 43 4.5.2. Nghiên cứu xác định độ mịn thích hợp cho bột khoai lang tím.................................. 44 10 4.6. Quy trình công nghệ chế biến bột khoai lang tím Nhật Bản cho mục đích chế biến đồ uống ..................................................................................................................................... 47 4.7. Kết quả đánh giá chất lượng bột khoai lang tím Nhật Bản ............................................ 49 PHẦN 5: KẾT LUẬN VÀ ĐỀ NGHỊ ....................................................................50 5.1. Kết luận.............................................................................................................................. 50 5.2. Đề nghị .............................................................................................................................. 50 TÀI LIỆU THAM KHẢO ......................................................................................51 1 PHẦN 1 MỞ ĐẦU 1.1. Đặt vấn đề Từ xưa con người đã biết sử dụng các loại nguyên liệu sẵn có trong tự nhiên để tạo ra nhiều loại sản phẩm đồ uống khác nhau như: Nước hoa quả, nước giải khát, nước khoáng, rượu vang. Ngày nay, khoa học công nghệ ngày một phát triển và đang được ứng dụng rộng rãi mang lại hiệu quả kinh tế cao cho con người. Nhờ đó mà chúng ta đã tạo ra được nhiều sản phẩm phong phú và đa dạng cả về thể loại và chất lượng, đáp ứng được nhu cầu sử dụng ngày càng cao của người tiêu dùng. Việt Nam nằm trong vùng khí hậu nhiệt đới nên có điều kiện thuận lợi cho sự sinh trưởng và phát triển của các loại cây lương thực cũng như các loại cây hoa màu, cây ăn trái khác. Khoai lang là cây lương thực được trồng lâu đời ở Việt Nam, xếp thứ 3 sau cây lúa, cây ngô và khoai lang đã và đang chuyển đổi nhanh chóng vai trò từ cây lương thực thành cây công nghiệp chế biến với tốc độ phát triển cao ở những năm đầu thế kỷ XXI. Khoai lang chứa nhiều thành phần dinh dưỡng như protid, lipid, glucid, vitamin, muối khoáng và các nguyên tố vi lượng rất cần cho cơ thể con người. Hiện nay trên thế giới nói chung và Việt Nam nói riêng các sản phẩm đồ uống có độ cồn thấp từ khoai lang tím hầu như chưa được sản xuất. Đây là các sản phẩm mới có giá trị dinh dưỡng cao đồng thời rất có lợi cho sức khoẻ con người. Loại sản phẩm này không chỉ có giá trị về mặt dinh dưỡng mà còn là một loại đồ uống giá rẻ, thích hợp đối với mọi lứa tuổi đặc biệt là phụ nữ và trẻ em. Hàm lượng cồn không cao trong sản phẩm tạo nên sự kích thích tiêu hoá, khiến bữa ăn trở nên ngon miệng mà không gây say như một số sản phẩm đồ uống có cồn khác. Khoai lang tím Nhật Bản ngoài giá trị cung cấp các loại vitamin, các chất khoáng, tinh bột dễ tiêu hóa cùng một hàm lượng đáng kể chất xơ thực phẩm, thì nó còn có những ưu điểm vượt trội so với khoai lang thường. Trong khoai lang tím có chứa nhiều chất chống oxy hóa như các hợp chất phenol, anthocyanin, carotenoid ... Đặc biệt, hàm lượng anthocyanin trong khoai lang tím khá cao, đây là một hoạt chất sinh học có tác dụng kháng oxy hoá rất mạnh, có khả năng kiềm chế đột biến các tế bào ung thư, ngăn ngừa ung thư, hạ huyết áp, phòng ngừa bệnh tim mạch. Ngoài ra, với một màu sắc đa dạng hấp dẫn sẽ tạo cho các sản phẩm chế biến có một giá trị cảm quan cao. Là một trong những yếu tố kích thích sự lựa chọn của người tiêu dùng, đáp ứng nhu cầu con người về việc sử dụng khoai lang, mang lại sự tiện dụng 2 cho người sử dụng và góp phần giải quyết vấn đề tiêu thụ cho người trồng khoai lang tím, nâng cao hiệu quả kinh tế, tăng thêm thu nhập cho người dân.Vì vậy, việc nghiên cứu sản xuất đồ uống từ khoai lang tím là rất cần thiết và hoàn toàn phù hợp với xu thế phát triển chung của thế giới và Việt Nam. Để sản xuất ra được các sản phẩm đồ uống từ khoai lang tím, ta có thể sử dụng nguyên liệu tươi nguyên củ hoặc nguyên liệu khô. Tuy nhiên, để hình thành được từng loại đồ uống thích hợp thì các nguyên liệu cần phải được nghiền và xử lý với các điều kiện khác nhau để tạo ra được loại đồ uống đạt tiêu chuẩn. Những biến đổi thường gặp phải trong quá trình xử lý nguyên liệu đều dựa trên cấu tạo và tính chất của khoai lang tím. Có thể kể đến như những biến đổi về màu sắc, độ trương nở, độ sánh, độ mịn trong quá trình sơ chế và chế biến. Do anthocyanin không thật bền, nhạy cảm với pH nên để giữ được màu ổn định cần phải xử lý nhiệt hoặc acid hữu cơ ở các chế độ khác nhau. Xuất phát từ vấn đề trên chúng tôi tiến hành nghiên cứu đề tài “Nghiên cứu công nghệ chế biến bột khoai lang tím giống Nhật Bản cho mục đích chế biến đồ uống”. 1.2. Mục đích và yêu cầu của đề tài 1.2.1. Mục đích Thiết lập quy trình chế biến bột khoai lang tím từ nguyên liệu khoai lang tím Nhật Bản đạt chất lượng cho mục đích chế biến đồ uống. 1.2.2. Yêu cầu - Nghiên cứu đánh giá được chất lượng của nguyên liệu khoai lang tím Nhật Bản cho chế biến sản phẩm bột khoai lang tím. - Nghiên cứu sử dụng được acid citric để ổn định chất lượng khoai lang tím trong công đoạn sơ chế. - Nghiên cứu xác định được độ dày thái lát phù hợp cho công đoạn sơ chế nguyên liệu khoai lang tím. - Nghiên cứu xác định được nhiệt độ sấy thích hợp trong công đoạn sơ chế nguyên liệu khoai lang tím. - Nghiên cứu xác định được thông số nghiền tạo ra bột khoai lang tím Nhật Bản phù hợp cho mục đích chế biến đồ uống. - Đưa ra được quy trình công nghệ chế biến bột khoai lang tím Nhật Bản cho mục đích chế biến đồ uống. - Đánh giá được chất lượng của bột khoai lang tím Nhật Bản đã chế biến. 3 PHẦN 2 TỔNG QUAN TÀI LIỆU 2.1. Giới thiệu chung về khoai lang 2.1.1. Khoai lang Khoai lang (Ipomea batatas, là một loại cây thuộc họ bìm bìm Convolvulacae), có nguồn gốc từ khu vực nhiệt đới châu Mỹ, nó được con người trồng cách đây trên 5.000 năm. Đây là loại cây trồng có tiềm năng và có năng suất sinh học cao, địa bàn phát triển rộng, thích hợp cho nhiều loại đất. Khoai lang là loại cây đa dụng, củ được sử dụng như một loại rau, thân lá rất giàu vitamin A và C đồng thời có chứa một hàm lượng protein tương đối cao (25-30% chất khô) so với các lá cây trồng khác. Ngoài ra, củ và rau khoai lang còn là vị thuốc phòng chữa bệnh đã được dùng từ lâu trong dân gian, có nơi còn gọi nó là “sâm nam”. Theo Đông y, củ khoai lang tính bình, vị ngọt, có tác dụng bồi bổ cơ thể, ích khí, cường thận, kiện vị, tiêu viêm, thanh can, lợi mật, sáng mắt. Rau lang tính bình, vị ngọt, dùng chữa tì hư, kém ăn, thận âm bất túc. Ngọn khoai lang luộc hoặc xào với tỏi là một món ăn ngon, có nhiều vitamin và chất khoáng, giàu chất xơ. Các nhà khoa học đã chứng minh rằng chất xơ trong thực phẩm có tác dụng hạn chế hấp thu cholesterol trong ruột vào máu, hạn chế tỉ lệ mắc bệnh ung thư đại tràng. Ngoài ra, thành phần chất xơ của khoai lang là loại pectin có tác dụng giúp tiêu hóa tốt, đào thải cholesterol, chống táo bón.... (Nguyễn Đặng Hùng, 1991). Theo Tây y, khoai lang có chủng loại các chất dinh dưỡng tương đối nhiều. Thành phần chủ yếu là carbonhydrate tinh bột, dễ được cơ thể tiêu hoá, hấp thu và tận dụng. Khoai lang có chứa nhiều nucoprotein, có khả năng cản trở cholesterol lắng đọng trên thành mạch, tránh xơ cứng động mạch, đồng thời giữ được tính đàn hồi của mạch máu, lại còn có thể tránh teo mô liên kết trong gan, thận. Trong khoai lang chứa một số chất đặc thù phòng bệnh ung thư ruột kết, ung thư vú. Khoai lang có thể thúc đẩy nhu động ruột, tránh bị táo bón (Tạ Văn Bình, 2006). 2.1.2. Khoai lang tím Nhật Bản Khoai lang tím Nhật Bản (Murasakimasari - Nhật tím 1) là một loại khoai lang được nghiên cứu đưa vào sản xuất bởi Viện nghiên cứu nông nghiệp quốc gia Nhật Bản có tên là Okinawan. Đây là một nguồn chất màu tím tốt và ổn định vì nó có sản lượng lớn với hàm lượng anthocyanin cao (Ikuo và cs., 2003). Giống khoai lang tím này đã được Trung tâm Nghiên cứu Thực nghiệm Nông nghiệp Hưng Lộc 4 nhập nội năm 1994 từ công ty FSA. Giống tuyển chọn và giới thiệu hiện được trồng chủ yếu ở vùng đồng bằng sông Cửu Long với đặc tính nông học chủ yếu như sau: Thời gian sinh trưởng 105 - 110 ngày với năng suất củ tươi đạt 10 - 22 tấn/ha, hàm lượng chất khô 27 - 30oBrix, vỏ củ màu tím sẫm, thịt củ màu tím đậm, dạng củ đều đẹp, có thể trồng quanh năm và cho thu nhập cao, gấp đôi các loại khoai khác. Đây là giống khoai dễ trồng, bình quân mỗi dây khoai cho từ 3 - 7 củ, ít bị sùng ăn. Mặt khác, khoai lang tím chỉ có nhiều vào mùa vụ nhất định chứ không có quanh năm. Do vậy, việc chọn khoai lang tím làm nguyên liệu trong đề tài nghiên cứu này sẽ góp phần làm tăng giá trị sử dụng của khoai lang tím đồng thời tạo ra sản phẩm thực phẩm mới đáp ứng nhu cầu tiêu dùng của người tiêu dùng (Nguyễn Văn Tuất, 2008). Do khoai lang tím Nhật Bản có chất lượng cao nên ngoài tỷ lệ củ dùng để ăn tươi còn được chế biến ra nhiều sản phẩm khác như sấy khô, chế biến bánh kẹo, mứt đóng hộp, nhờ vậy có thể tiêu dùng trong nước và xuất khẩu ra nhiều nước trên thế giới như: Nhật Bản, Mỹ, Singapore, Hàn Quốc mang lại giá trị kinh tế cao. 2.1.3. Tính ưu việt của khoai lang tím Nhật Bản so với các loại khoai lang khác Ngoài giá trị cung cấp năng lượng với nhiều loại vitamin A, B, C, E và các chất khoáng K, Ca, Mg, Fe, Se, giàu chất xơ thực phẩm thì khoai lang tím Nhật Bản còn có những ưu điểm vượt trội so với các giống khoai lang khác. Những nghiên cứu gần đây cho thấy giống khoai lang tím có chứa một lượng anthocyanin đáng kể với tác dụng kháng oxy hoá rất mạnh, có khả năng kiềm chế đột biến của tế bào ung thư, ngăn ngừa ung thư, hạ huyết áp, phòng ngừa bệnh tim mạch. Chất màu trong khoai lang tím hiện đang được một số nhà nghiên cứu trên thế giới nghiên cứu để thu nhận chất màu thực phẩm thiên nhiên thay thế cho chất màu nhân tạo. Bao gồm các hợp chất phenol, anthocyanin, carotenoid, trong đó khoai lang tím chứa chất chống ô-xy hóa tổng số nhiều nhất, kế đến là khoai lang vàng và khoai lang trắng (bảng 2.1). Với lượng đáng kể vitamin A (dưới dạng beta-caroten) và vitamin C, khiến khoai lang là thực phẩm chống viêm nhiễm có tác dụng phòng và chữa trị bệnh. Cả hai dạng beta-caroten và vitamin C có tiềm năng chống oxy hóa lớn giúp hiệu quả cho cơ thể loại bỏ các gốc tự do. Thành phần các gốc tự do có hóa chất gây thiệt hại cho các tế bào và màng tế bào và chúng kết hợp với sự phát triển của các điều kiện như xơ vữa động mạch, bệnh tiểu đường, bệnh tim, ung thư ruột. Điều này có thể giải thích tại sao cả beta-caroten và vitamin C giúp ích hiệu quả để ngăn ngừa các gốc tự do (Võ Văn Chi, 2005). Đó là lý do các nhà sản xuất ở Nhật Bản đã sử 5 dụng khoai lang tím là một trong những nguyên liệu chủ yếu để chế biến loại nước uống chức năng. Bảng 2.1: Hàm lượng các chất chống oxy hóa trong các loại khoai lang khác nhau Thành phần Màu Hợp chất Phenolic (%) Anthocyanins (%) Carotenoids (%) Tổng số chất chống oxy hóa (µg trolox equiv/g) Hàm lượng chất khô (%) Màu sắc củ Trắng Vàng Tím 0,55-1,36 0,77-1,16 0,02-3,04 0-0,08 0,01-0,13 0,23-1,82 0,40-14,75 0,33-56,93 0,37-4,32 809-2979 1424-3047 1751-5600 25,7-40,7 25,4-37,0 33,2-41,7 (Nguồn: Thái Thị Ánh Ngọc, 2011) Bảng 2.2: Hàm lượng các chất vi lượng trong các loại khoai lang Màu sắc củ Thành phần Trắng Vàng Tím Hàm lượng Sắt (ppm) 60,7 80,1 48,7 Hàm lượng Kẽm (ppm) 9,9 9,8 8,7 Hàm lượng Canxi (%) 0,14 0,19 0,18 Hàm lượng Kali (%) 0,87 0,96 0,90 Hàm lượng chất khô (%) 36,4 29,5 38,2 (Nguồn: Bùi Đức Hợi, 1986) Các vi chất có trong khoai lang khá dồi dào, ăn khoai lang đơn thuần bảo đảm cung cấp thừa lượng vitamine A, đáp ứng 28% nhu cầu vitamine C, 25% chất manganese, 16% chất đồng, xơ và vitamine B6, 8% chất sắt và kali. 2.2. Cấu tạo và thành phần hóa học của khoai lang tím 2.2.1. Cấu tạo của củ khoai lang tím 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 khoai lang khác với thân củ, nhưng chức năng và bề ngoài thì tương tự và gần giống với thân củ. 6 Các rễ phình to làm cơ quan lưu trữ khác với củ thật sự, khoai lang 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 (Bùi Huy Đáp, 1984). Về mặt cấu tạo, khoai lang tím 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 có tác dụng: Làm giảm các tác động từ bên ngoài, hạn chế sự bay hơi nước của khoai lang trong quá trình bảo quản. 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 chứa chủ yếu là tinh bột và các hợp chất chứa nitơ. 2.2.2. Thành phần hóa học của khoai lang tím Khoai lang là thức ăn, đồng thời cũng là vị thuốc chữa bệnh được nhân dân ta dùng từ lâu đời. Bà con ta thường ăn khoai lang tươi luộc, nướng, hoặc thái mỏng phơi khô. Lá khoai lang non và những ngọn lang được dùng luộc hoặc nấu canh ăn như rau tươi. Về thành phần hóa học, trong 100g củ khoai lang tươi có 6,8g nước, 0,8g protid, 0,2g lipid, 28,5g glucid (24,5g tinh bột, 4g glucoza), 1,3g xenluloza, cung cấp cho cơ thể 122 calo. Ngoài ra, trong khoai lang tươi còn có nhiều vitamin và muối khoáng (34mg canxi, 49,4g photpho, 1mg sắt, 0,3mg caroten, 0,05mg vitamin B1, 0,05mg vitamin B2, 0,6mg vitamin PP, 23mg vitamin C...). Khi phơi khô, rút gần hết nước, giá trị dinh dưỡng của khoai tăng hơn nhiều. Trong 100g khoai lang khô có 11g nước, 2,2g protid, 0,5 lipid, 80g glucid, 3,6g xenluloza, cung cấp cho cơ thể tới 342 calo. Như vậy khoai lang là một thức ăn tốt, rất giàu tinh bột, nên thường được dùng làm lương thực nuôi sống con người. Rau khoai lang cũng là một loại rau ngon, thành phần dinh dưỡng không thua các loại rau tươi khác. Trong 100g rau khoai lang có 91,9g nước, 2,6g protid, 2,8g glucid, 1,4g xenluloza, 48mg canxi, 54mg photpho, 11mg vitamin C... (Viện dược liệu, 2004). 7 Bảng 2.3: Thành phần hóa học của khoai lang (tính cho 100g sản phẩm) Sản phẩm Củ tươi Khoai lang khô Rau khoai lang Nước (g) 68 11,0 91,9 Lipit (g) 0,2 0,5 Đạm (g) 0,8 2,2 2,6 Tổng 28,5 80,0 2,8 Đường 4,0 Tinh bột 24,5 3,6 1,4 Thành phần Gluxit (g) Xơ (g) Khoáng (mg) Vitamin (mg) 1,3 Ca 34,0 48 P 49,4 54 Fe 1,0 Caroten 0,3 B1 0,05 B2 0,05 PP 0,6 C 23,0 (Nguồn: Lê Doãn Diên và cs., 1990) Bảng 2.4: Các acid amin có trong protein toàn phần (tính theo 16g N) Thành phần Hàm lượng (%) Thành phần Hàm lượng (%) Arginin 2,9 Methionin 1,7 Histidin 1,4 Threonin 3,8 Lysine 1,3 Leucin 4,8 Trytophan 1,8 Isoleucin 3,6 Phenylalanin 4,33 Valin 5,6 (Nguồn: Viện Dược Liệu, 2004) Chính vì thế, khoai loang là một thực phẩm vô cùng quan trọng trong việc cung cấp chất dinh dưỡng và năng lượng cho cơ thể. Phân tích thành phần dinh dưỡng trong khoai lang người ta còn thấy rằng, khoai lang có chứa một lượng phong phú chất xơ có tác dụng kích thích dạ dày co bóp, tiêu hóa thức ăn nhanh và hiệu quả. Từ đó đẩy lùi tình trạng táo bón và tích mỡ bụng. 8 Ngoài các thành phần hóa học trên trong khoai lang tím còn có chứa một thành phần quan trọng là anthocyanin tạo nên giá trị về dinh dưỡng cho củ khoai lang tím. Chất màu này gồm các dạng mono hoặc di-acylated của cyanidin (YGM1a, -1b, -2 and -3) và peonidin (YGM-4b, -5a, - 5b and -6) (Ikuo và cs., 2003). Thành phần hóa học của một số giống khoai lang đã được Ngô Xuân Mạnh nghiên cứu và công bố trong luận án tiến sĩ khoa học năm 1996, với kết quả được thể hiện ở bảng 2.5. Bảng 2.5: Đặc điểm và thành phần hóa học của 5 giống khoai lang khác nhau STT Giống Màu ruột củ Đường tổng số (%) Tinh bột (%) Xơ (%) 1 Chiêm Dâu Trắng ngà 5,97 15,89 0,74 2 Hoàng Long Vàng nhạt 5,86 18,32 0,55 3 Lim Trắng 4,66 16,54 0,83 4 K51 Da cam 4,46 22,47 0,94 Tự Nhiên Trắng có 3,75 17,04 1,02 5 viền màu tím (Nguồn: Ngô Xuân Mạnh, 1996) Thành phần hóa học của khoai lang, không cố định mà thay đổi tùy thuộc theo giống, khí hậu, thời vụ, thổ nhưỡng, điều kiện canh tác… 2.3. Anthocyanin và các tính chất 2.3.1. Đặc điểm của anthocyanin Anthocyanin thuộc nhóm các hợp chất flavonoid, có khả năng hòa tan trong nước và chứa trong các không bào. Về bản chất, các anthocyanin là những hợp chất glycoside của các dẫn xuất polyhydroxy và polymethoxy của 2 phenylbenzopyrylium hoặc muối flavylium. Cho đến nay, người ta đã xác định được 18 loại aglycon khác nhau, trong đó 6 loại phổ biến nhất là pelargonidin, cyanidin, delphinidin, peonidin, petunidin và maldivin. Trong tự nhiên, anthocyanin rất hiếm khi ở trạng thái tự do (không bị glycosyl hóa). Nhóm hydroxy tự do ở vị trí C-3 làm cho phân tử anthocyanidin trở nên không ổn định và làm giảm khả năng hòa tan của nó so với anthocyanin tương ứng. Vì vậy, sự glycosyl hóa luôn diễn ra, đầu tiên ở vị trí nhóm 3-hydroxy. Nếu có thêm một phân tử đường sữa, vị trí tiếp theo bị glycosyl hóa thường gặp nhất là ở C-5. Ngoài ra, sự glycosyl hóa còn có thể gặp ở các vị trí C- 7, C-3, C-5. Loại đường phổ biến nhất là glucose, ngoài ra cũng có một vài loại monosaccharide 9 (như galactose, rammose, arabinose), các loại disaccharide (chủ yếu là rutinose, sambubiose hay sophorose) hoặc trisaccharide tham gia vào quá trình glycosyl hóa. Sự methoxyl hóa các anthocyanin và các glucoside tương ứng diễn ra thông thường nhất là ở vị trí C-3 và C-5, cũng có thể gặp ở vị trí C-7 và C-5. Tuy nhiên, cho đến nay, người ta vẫn chưa tìm thấy môt hợp chất nào bị glycosyl hóa hay bị methoxyl hóa trên tất cả các vị trí C-3, - 5, -7 và -4 do cần thiết phải còn ít nhất một nhóm hydroxyl tự do ở C-5, -7 hay -4 để hình thành dạng cấu trúc quinonoidal base (dạng cấu trúc của anthocyanin thường tồn tại trong trong không bào thực vật có pH từ 2,5 – 7,5. Hình 2.1: Công thức và chất màu anthocyanin từ khoai lang tím (Nguồn: Ikuo và cs., 2003) Sự acyl hóa cũng có thể xảy ra ở vị trí C-3 của phân tử đường hay ester hóa ở nhóm hydroxy C-6. Các nhóm acyl hóa chính là các phenolic acid như ρ-coumeric, caffeic, ferulic hay sinapic acid và một loạt các acid như acetic, malic, malonic, oxalic và succinic. 2.3.2. Tính chất của anthocyanin - Khi đun nóng lâu trong nước, anthocyanin bị phá hủy một phần. - Anthocyanin hòa tan tốt trong nước và trong dịch bão hòa, khi kết hợp với đường làm cho phân tử anthocyanin càng dễ hòa tan hơn. - Màu sắc của anthocyanin thay đổi phụ thuộc vào nhiệt độ, các sắc tố có mặt và nhiều yếu tố khác… Khi tăng số lượng nhóm –OH trong vòng benzen thì màu càng xanh đậm. Khi tác dụng với Sn có màu lam, với Al có màu tím, với Fe, Cu thì bị biến màu. 10 - Mức độ methyl hóa các nhóm –OH trong vòng benzen càng cao thì màu càng đỏ. Nếu nhóm –OH ở vị trí thứ 3 kết hợp với các gốc đường thì màu sắc cũng thay đổi theo số lượng các gốc đường được đính vào nhiều hay ít. - Màu sắc của anthocyanin phụ thuộc rất mạnh vào pH của môi trường, khi pH> 7 các anthocyanin cho màu xanh, pH< 7 các anthocyanin cho màu đỏ. 2.3.3. Một số yếu tố ảnh hưởng đến độ màu của anthocyanin So với đa số các chất màu thiên nhiên, anthocyanin là chất màu có độ bền kém hơn, nó chỉ thể hiện tính bền trong môi trường acid. Ngoài ra nó có thể phân huỷ tạo thành dạng không màu và sản phẩm cuối cùng của sự phân huỷ có dạng màu nâu cộng với những sản phẩm không tan. Sự phân huỷ anthocyanin có thể xảy ra trong quá trình trích ly và tinh chế chúng, đồng thời sự phân huỷ này còn xảy ra trong quá trình xử lý và bảo quản các sản phẩm thực phẩm. Độ bền của các anthocyanin phụ thuộc vào nhiều yếu tố như: cấu trúc hoá học của anthocyanin, pH, nhiệt độ, SO2, ánh sáng, enzyme, đường và các sản phẩm biến tính của chúng. * Nhiệt độ Trong quá trình chế biến và bảo quản thực phẩm, anthocyanin dễ dàng bị biến tính dưới tác dụng của nhiệt độ. Khi một cấu trúc của anthocyanin bền với sự gia tăng của pH thì nó cũng bền với sự gia tăng của nhiệt độ. Sự hydroxyl hoá các aglycone làm giảm tính bền của anthocyanin, trong khi sự methyl hoá, glycosyl hoá, acyl hoá sẽ cho kết quả ngược lại. Cơ chế của sự phân huỷ nhiệt độ xảy ra không những phụ thuộc vào nhiệt độ mà còn phụ thuộc vào bản thân anthocyanin đó. Drazdina cho rằng counmarin glycoside là sản phẩm phân huỷ phổ biến của anthocyanin 3,5-diglycoside và cơ chế của sự phân huỷ là đầu tiên, cation flavylium chuyển thành dạng quinomidal base tiếp theo là hình thành nhiều dạng sản phẩm trung gian và cuối cùng thu được dẫn xuất conmarin và thành phần tương ứng với vòng B của anthocyanin, sự biến tính này không những được tiếp xúc bởi nhiệt độ mà còn bị ảnh hưởng bởi oxy. Anthocyanin 3-glycoside thì không hình thành những dẫn xuất conmarin mà bước đầu tiên của sự phân huỷ bao gồm sự chuyển hoá của dạng carbinol pseudobase không màu, sau đó là sự mở vòng pyrylium để hình thành dạng chalcone trước khi thuỷ phân liên kết glycoside.