Tài liệu Nghiên cứu xác định thời điểm thu hoạch dong riềng tại Na Rì - Bắc Kạn.

i ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƢỜNG ĐẠI HỌC NÔNG LÂM ---------------------- ĐỒNG THỊ TỚI Tên đề tài: “NGHIÊN CỨU XÁC ĐỊNH THỜI ĐIỂM THU HOẠCH CỦA DONG RIỀNG TẠI NA RÌ – BẮC KẠN” KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC Hệ đào tạo : Chính quy Chuyên ngành : Công nghệ thực phẩm Khoa : CNSH - CNTP Khóa học : 2011 - 2015 Giảng viên hƣớng dẫn 1 : Th.S. Lƣơng Hùng Tiến Giảng viên hƣớng dẫn 2 : Th.S. Lƣu Hồng Sơn Thái Nguyên, năm 2015 ii LỜI CẢM ƠN Trong thời gian thực hiện luận văn tốt nghiệp, em đã nhận đƣợc nhiều sự hƣớng dẫn, giúp đỡ, góp ý và động viên của thầy cô và bạn bè: Em xin chân thành cảm ơn thầy Lƣơng Hùng Tiến và thầy Lƣu Hồng Sơn khoa Công nghệ Sinh học và Công nghệ Thực phẩm trƣờng Đại học Nông Lâm Thái Nguyên đã hƣớng dẫn, động viên và làm cố vấn cho em trong quá trình thực hiện đề tài. Đồng thời em xin chân thành cảm ơn các thầy, cô, anh, chị cán bộ nghiên cứu phòng thí nghiệm Công nghệ thực phẩm – Viện Khoa học sự sống – Trƣờng Đại học Nông Lâm Thái Nguyên đã nhiệt tình giúp đỡ và tạo điều kiện thuận lợi cho tôi trong quá trình thực hiện và hoàn thành đề tài. Cuối cùng em xin gửi tới gia đình và bạn bè những ngƣời thân luôn là nguồn động viên, giúp đỡ tôi trong quá trình học tập và nghiên cứu những lời cảm ơn chân thành nhất. Trong quá trình thực hiện đề tài do có nhiều hạn chế nên không thể tránh đƣợc những thiếu sót. Rất mong các thầy cô, anh chị và bạn bè quan tâm đóng góp ý kiến để đề tài đƣợc hoàn thiện. Thái Nguyên, ngày 30 tháng 05 năm 2015 Sinh viên Đồng Thị Tới iii CAM ĐOAN Em xin cam đoan rằng số liệu và các kết quả nghiên cứu trong luận văn này là hoàn toàn trung thực và chƣa hề sử dụng để bảo vệ một học vị nào. Trong quá trình thực hiện đề tài và hoàn thiện luận văn, mọi sự giúp đỡ đều đã đƣợc cảm ơn và các trích dẫn trong luận văn đều đƣợc ghi rõ nguồn gốc. Thái Nguyên, ngày 30 tháng 05 năm 2015 Sinh viên Đồng Thị Tới iv DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 2.1. So sánh sản lƣợng của dong riềng với một số loại củ khác................... 6 Bảng 2.2. Thành phần hóa học của củ và thân lá dong riềng ................................ 7 Bảng 2.3. Đặc điểm của một số hệ thống tinh bột ................................................. 9 Bảng 3.1. Thiết bị thí nghiệm............................................................................... 29 Bảng 3.2. Dụng cụ thí nghiệm ............................................................................. 29 Bảng 4.1. Sự thay đổi tỉ lệ tinh bột trong củ dong riềng tƣơi .............................. 38 Bảng 4.2. Sự thay đổi tỉ lệ cellulose trong củ dong riềng tƣơi ............................ 40 Bảng 4.3. Sự thay đổi tỉ lệ khoáng thô trong củ dong riềng tƣơi ......................... 41 Bảng 4.4. Sự thay đổi tỉ lệ axit tổng trong củ dong riềng tƣơi ............................ 42 Bảng 4.5. Sự thay đổi tỉ lệ pH trong củ dong riềng tƣơi ...................................... 43 Bảng 4.6. Sự thay đổi hàm lƣợng nƣớc trong củ dong riềng tƣơi ....................... 44 Bảng 4.7. Sự thay đổi tỉ lệ độ nhớt của tinh bột dong riềng ................................ 45 Bảng 4.8. Sự thay đổi tỉ lệ độ trong trong củ dong riềng ..................................... 46 v DANH MỤC CÁC HÌNH Hình 2.1. Củ dong riềng....................................................................................4 Hình 2.2. Cây dong riềng ....................................................................................... 4 Hình 2.4. Cấu tạo phân tử amilose [13] .............................................................. 13 Hình 2.5. Cấu tạo phân tử amilopectin [13] ......................................................... 14 Hình 2.6. Cấu trúc dạng B [13] ............................................................................ 16 Hình 2.7. Cấu trúc tinh thể dạng A [13]............................................................... 17 Hình 2.8. Cơ chế hình thành cấu trúc dạng V [13] .............................................. 18 Hình 4.1. Ảnh hƣởng của các thời điểm thu hoạch khác nhau đến hàm lƣợng tinh bột theo phần trăm chất khô của củ dong riềng ................................................... 39 Hình 4.2. Ảnh hƣởng của các thời điểm thu hoạch khác nhau đến hàm lƣợng cellulose theo phần trăm chất khô của củ dong riềng .......................................... 40 Hình 4.3. Ảnh hƣởng của các thời điểm thu hoạch khác nhau đến hàm lƣợng khoáng thô theo phần trăm chất khô của củ dong riềng ...................................... 42 Hình 4.4. Ảnh hƣởng của thời điểm thu hoạch khác nhau đến hàm lƣợng amylose của củ dong riềng ................................................................................... 47 Hình 4.5. Ảnh chụp hình thái hạt tinh bột với độ phóng đại 200 lần và .............. 48 1000 lần ................................................................................................................ 48 v DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT Kí hiệu STT Tên 1 Ha Hecta 2 PE Polyetylen 3 µm Micromet 4 nm Nanomet 5 mPa.s Milipascal. giây 6 ppm Part Per Million 7 Am Amilose 8 Ap Amilopectin 9 OD Mật độ quang vi MỤC LỤC PHẦN I. MỞ ĐẦU ........................................................................................... 1 1.1. Đặt vấn đề................................................................................................... 1 1.2. Mục đích của đề tài .................................................................................... 2 1.3. Yêu cầu của đề tài ...................................................................................... 2 1.4. Ý nghĩa khoa học của đề tài ....................................................................... 2 1.5. Ý nghĩa thực tiễn của đề tài........................................................................ 2 PHẦN II. TỔNG QUAN TÀI LIỆU ................................................................. 2 2.1. Cây dong riềng ........................................................................................... 3 2.1.1. Nguồn gốc ............................................................................................... 3 2.1.2. Đặc điểm sinh vật học của cây dong riềng ............................................. 3 2.1.3. Đặc điểm sinh lý, sinh thái của cây dong riềng ...................................... 4 2.1.4. Phân loại .................................................................................................. 5 2.1.5. Thời vụ trồng ........................................................................................... 5 2.1.6.Giá trị kinh tế của cây dong riềng ............................................................ 6 2.2. Tình hình trồng và tiêu thụ dong riềng ...................................................... 7 2.2.1. Tình hình trồng và tiêu thụ dong riềng trong nƣớc ................................. 7 2.2.2. Tình hình nghiên cứu về dong riềng ở ngoài nƣớc ................................. 8 2.3. Tổng quan về tinh bột ................................................................................ 8 2.3.1. Khái quát chung về tinh bột .................................................................... 8 2.3.2.3. Thành phần của tinh bột nói chung và của tinh bột dong riềng ......... 12 2.3.2.4. Cấu trúc tinh thể của hạt tinh bột và tinh bột dong riềng................... 15 2.3.3.Tính chất hóa lý của tinh bột .................................................................. 18 PHẦN III. ĐỐI TƢỢNG, NỘI DUNG VÀ PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU .. 29 3.1. Đối tƣợng, hóa chất, thiết bị nghiên cứu .................................................. 29 3.1.1. Đối tƣợng .............................................................................................. 29 3.1.2. Hóa chất................................................................................................. 29 vii 31.3. Thiết bị phục vụ nghiên cứu................................................................... 29 3.1.4. Địa điểm và thời gian nghiên cứu ......................................................... 30 3.3. Nội dung nghiên cứu ................................................................................ 30 3.3.1. Nội dung 1: Nghiên cứu thành phần hóa học của củ dong riềng 3.3.2. Nội dung 2: Nghiên cứu thành phần hóa lí của củ dong riềng ....................... 30 3.3.3. Nội dung 3: Nghiên cứu tỉ lệ thành phần tinh bột dong riềng .............. 30 3.4. Phƣơng pháp nghiên cứu .......................................................................... 30 3.4.1. Phƣơng pháp bố trí thí nghiệm.............................................................. 30 3.4.3. Phƣơng pháp hoá lý............................................................................... 34 PHẦN 4. KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN ............................. 38 4.1. Xác định thành phần hóa học ................................................................... 38 4.1.1. Sự thay đổi thành phần hóa học của củ dong riềng .............................. 38 4.1.2. Sự thay đổi thành phần hóa lí của củ dong riềng .................................. 44 4.1.2.2. Ảnh hƣởng của thời điểm thu hoạch đến độ nhớt của tinh bột dong riềng ......................................................................................................................... 44 4.1.3. Sự thay đổi tỉ lệ thành phần tinh bột dong riềng ................................... 46 PHẦN 5. KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ......................................................... 49 5.1. Kết luận .................................................................................................... 49 5.2. Kiến nghị .................................................................................................. 49 TÀI LIỆU THAM KHẢO ............................................................................... 50 1 PHẦN I. MỞ ĐẦU 1.1. Đặt vấn đề Việt Nam là một nƣớc nông nghiệp, trên một nửa dân số sống dựa vào nghề nông. Trong những năm gần đây, nhờ áp dụng khoa học kỹ thuật và chuyển đổi cơ cấu kinh tế, lĩnh vực sản xuất nông nghiệp ở Việt Nam đã đạt đƣợc những thành tựu to lớn. Các sản phẩm nông nghiệp không ngừng gia tăng cả về số lƣợng và chất lƣợng. Trong số các loại cây trồng ở Việt Nam thì dong riềng là một cây lƣơng thực cho sản lƣợng cao, đồng thời là cây rễ củ, có thể phát triển ở mọi loại hình đất, góp phần chống xói mòn nên đƣợc trồng khá phổ biến ở nƣớc ta hiện nay với diện tích ngày càng mở rộng. Tuy nhiên, dong riềng ở Việt Nam vẫn chƣa đƣợc đầu tƣ phát triển và ứng dụng nhiều cho ngành công nghiệp thực phẩm. Tinh bột dong riềng hiện nay chỉ chủ yếu thu nhận để sản xuất miến dong còn lại rất ít đƣợc sử dụng để sản xuất bánh đa, bánh mì, bánh bao, kẹo,... Mặc dù năng suất, sản lƣợng cũng nhƣ lƣợng tinh bột thu đƣợc cao hơn nhiều so với các loại củ khác nhƣ lúa, ngô, khoai, sắn,… Dong riềng là cây trồng sinh trƣởng phát triển mạnh, có khả năng thích ứng rộng, trồng đƣợc trên nhiều loại đất kể cả các vùng đất nghèo dinh dƣỡng, có khả năng chống chịu tốt với điều kiện bất thuận đặc biệt là chịu hạn, năng suất củ tƣơi có thể đạt từ 80 - 120 tấn/ha và hàm lƣợng tinh bột đạt từ 19% - 24%[1]. Ngoài ra, thân, lá dong riềng còn dùng cho chăn nuôi gia súc nên góp phần tận dụng thúc đẩy chăn nuôi phát triển. Cây dong riềng ở Bắc Kạn đã đƣợc ngƣời dân trồng từ nhiều năm, nhƣng việc trồng, chăm sóc cũng nhƣ thu hoạch dong riềng hiện nay chủ yếu vẫn là dựa theo kinh nghiệm và canh tác theo phƣơng thức truyền thống trồng trên đất nƣơng rẫy, không sử dựng biện pháp bảo vệ đất, nguy cơ thoái hoá đất xảy ra ngày càng nhiều, việc áp dụng những biện pháp kỹ thuật thâm canh còn hạn chế. Cách thu 2 hoạch của ngƣời dân chủ yếu dựa vào kinh nghiệm khi lá cây dong riềng úa và chuyển sang màu vàng thì thu hoạch. Tuy nhiên có thể do cách chăm sóc, do sâu bệnh mà lá thân dong riềng úa trong khi củ dong riềng vẫn chƣa tích lũy đầy đủ chất dinh dƣỡng hoặc do bón phân đạm không hợp lí đến thời điểm thu hoạch mà thân lá vẫn tƣơi tốt nên ngƣời dân không thu hoạch ngay mà để củ già dẫn tới năng suất và chất lƣợng sản phẩm dong riềng chƣa cao. Xuất phát từ thự tế trên, việc thực hiện đề tài “Nghiên cứu xác định thời điểm thu hoạch dong riềng tại Na Rì - Bắc Kạn” là cần thiết. Kết quả của đề tài sẽ là cơ sở để đƣa ra thời điểm thu hoạch dong riềng hợp lí tùy theo mục đích sử dụng để củ dong riềng đạt năng suất, chất lƣợng tốt nhất. 1.2. Mục đích của đề tài - Nghiên cứu sự thay đổi thành phần hóa học của tinh bột dong riềng theo thời điểm thu hoạch. Từ đó tìm ra thời điểm thu hoạch dong riềng thích hợp để củ dong riềng có chất lƣợng tốt nhất. 1.3. Yêu cầu của đề tài - Nghiên cứu và xác định đƣợc thời điểm thu hoạch thích hợp nhất cho dong riềng tại Na Rì – Bắc Kạn. 1.4. Ý nghĩa khoa học của đề tài - Đƣa ra thời điểm thu hoạch để đạt chất lƣợng tốt nhất cho củ dong riềng. - Bổ sung thông tin khoa học và sự thay đổi thành phần hóa học của củ dong riềng. - Tạo tiền đề cho những nghiên cứu về dong riềng cho sinh viên khóa sau. 1.5. Ý nghĩa thực tiễn của đề tài - Nâng cao năng suất và giá trị sản lƣợng của cây dong riềng - Góp phần cung cấp thông tin cho ngƣời dân thu hoạch đƣợc nguồn tinh bột đạt chất lƣợng tốt nhất PHẦN II. TỔNG QUAN TÀI LIỆU 3 2.1. Cây dong riềng 2.1.1. Nguồn gốc Cây dong riềng (Canna edulis Ker), là một loại cây thân thảo, họ dong riềng (Cannaceae) có nguồn gốc từ khu vực Andean thuộc Nam Mỹ. Từ xƣa cây này đƣợc sử dụng nhƣ là một thực phẩm chủ yếu cho ngƣời Andean khoảng hơn 4000 năm. Loại cây này đƣợc trồng nhƣ là nguồn để sản xuất tinh bột. Đầu thế kỉ 19, cùng với sự phát triển của chủ nghĩa tƣ bản, việc lƣu thông giữa các lục địa cũng đƣợc mở rộng, nhờ đó dong riềng đƣợc lan truyền tới nhiều khu vực và quốc gia khác. Đầu tiên là ngƣời Anh, Pháp rồi đến Hà Lan nhập giống đem trồng ở Ấn Độ và một số nƣớc nhiệt đới, trung đới khác. Sau này dong riềng đƣợc phát triển trồng ở Trung Quốc và Đông Nam Á [1]. Ở Việt Nam, dong riềng đƣợc ngƣời Pháp trồng ở nƣớc ta vào đầu thế kỷ 19, đƣợc trồng ở hầu hết khắp các địa phƣơng trong nƣớc. Là cây quan trọng giải quyết vấn đề lƣơng thực, có thể trồng dong riềng trên nhiều loại đất mà không lo bị mất mùa. Các tỉnh có diện tích và sản lƣợng dong riềng lớn phải kể đến đó là: Sơn La, Cao Bằng, Hòa Bình, Thanh Hóa,…Đến năm 1993 nƣớc ta có khoảng 30.000ha trồng cây dong riềng, sản xuất hàng năm gần 300.000 tấn củ tƣơi. Một khóm dong riềng trung bình trồng trên đất thích hợp có thể thu đƣợc 15 – 20kg củ. Năng suất có thể đạt tới 45 – 65 tấn củ/ha/vụ. Nếu sản xuất tinh bột thì đƣợc 8,1 – 11,7 tấn tinh bột/ ha/ vụ. Trong điều kiện bình thƣờng đạt 15 – 25 tấn củ/ ha/vụ.[1] 2.1.2. Đặc điểm sinh vật học của cây dong riềng Dong riềng ( Canna edulis Ker – Gawler) là cây rễ củ giàu tinh bột thuộc bộ Scitaminales, họ Cannaceae. Dong riềng có tên địa phƣơng là khoai chuối tây ( Thừa Thiên, Quảng Trị, Nghệ An, Hà Tĩnh), củ đót ( Hòa Bình, Nam Định, Ninh Bình), dong đao tây, dong tây, khoai riềng. Căn cứ vào tính chất của củ, thân, lá, hoa có thể chia dong riềng ra làm 3 loại: cây chuối hoa ( 4 Canna indica L.), cây dong đao ( Canna sp.) và cây khoai riềng ( Canna edulis Ker) [7]. Cây dong riềng có thân cao từ 1,2 – 1,5m, màu tía, thân ngầm phình to thành củ có dạng giống củ riềng, nhƣng to hơn. Lá hình thuôn dài, to, mọc cách thành hai dãy, phiến lá hình bầu dục, nhọn đầu, có gân giữa to, cuống lá dạng bẹ ôm lấy nhau, mặt trên màu xanh lục mặt dƣới màu tía, dài 50cm, rộng 25 – 30 cm. Hoa dạng chùm nằm ở đầu ngọn cây, có màu đỏ tƣơi. Củ dong có hình tháp tròn, đƣờng kính trung bình 25 – 35mm, chiều dài từ 10 – 15mm, vỏ nhiều xơ, màu trắng, có các vảy mỏng xếp thành vòng so le bao lấy vỏ củ [1,7]. Bộ phận chính đƣợc chú ý đến là bộ phận củ dong riềng. Củ dong là loại củ có hàm lƣợng tinh bột cao. Hàm lƣợng tinh bột trong củ dong riềng là khoảng 10 - 20% so với trọng lƣợng của củ [7]. Củ dong riềng có thể dài tới 60 cm, thông thƣờng mỗi cây dong riềng khi thu hoạch cho 5 nhánh, trong đó nhánh thứ 2 và thứ 4 có khối lƣợng lớn nhất. Hàm lƣợng tinh bột trong mỗi nhánh củ là khác nhau, ở nhánh thứ 2, 3, 4 thì hàm lƣợng tinh bột cao hơn so với nhánh thứ 1 và thứ 5. [7] Dƣới đây là hình ảnh về cây, củ dong riềng. ( hình 2.1 và 2.2) Hình 2.1: Củ Dong riềng Hình 2.2: Cây Dong riềng 2.1.3. Đặc điểm sinh lý, sinh thái của cây dong riềng 5 Cây dong riềng chịu đƣợc nhiệt độ cao tới 37 – 38oC, chịu đƣợc gió Lào khô và nóng và lại giỏi chịu rét nên thích hợp ở vùng núi cao, ở đây có khi nhiệt độ xuống rất thấp gần 0oC. Dong riềng cũng chịu hạn tôt hơn lúa, ngô, khoai lang và sắn[ 1]. Nhu cầu dinh dƣỡng của cây dong riềng không cao, nên có thể trồng đƣợc trên nhiều loại đất có độ phì khác nhau. Dong riềng thích hợp nhất để phát triển trong những khe núi ẩm, đất còn tƣơng đối tốt, thành phần của đất giàu hạt sét, có hàm lƣợng mùn ở tầng bề mặt tƣơng đối khá và đất ít chua. Ở những nơi này, dong riềng cho năng suất cao nhất. Trên những vùng đất dốc, dong riềng có vai trò quan trọng trong việc che phủ đất, chống xói mòn Nhu cầu về ánh sáng của cây dong riềng cũng không cao, có thể trồng dƣới bóng râm, tàn che của nhiều loại cây ăn quả hay cây rừng. Chính vì vậy mà cây dong riềng hay đƣợc trồng xem kẽ với các loại cây ăn quả hay các loại cây rừng. Cây dong riềng còn có khả năng chống đỡ sâu bệnh khá tốt, rất ít loại sâu bệnh có thể làm hại đƣợc cây dong riềng [1]. 2.1.4. Phân loại Cây dong riềng có rất nhiều loại khác nhau, với các đặc điểm về hình dạng khác nhau. Họ dong riềng có một chi Canna duy nhất với khoảng 50 loài phân bố ở các vùng nhiệt đới và cận nhiệt đới châu Mỹ. Ở Việt Nam có một số loài phổ biến nhƣ: Cây chuối hoa lai, cây chuối hoa và cây dong riềng. Trong số đó, cây dong riềng đƣợc trồng chủ yếu là để lấy củ, 2 loài còn lại đƣợc trồng làm cảnh hoặc lấy hoa. 2.1.5. Thời vụ trồng Thời vụ trồng dong riềng là bắt đầu từ khoảng tháng 2 đến tháng 5, khi thời tiết bắt đầu có mƣa phùn, đất đủ ẩm. Sau thời gian trồng khoảng 9-10 tháng thì sẽ cho thu hoạch. Thời điểm thu hoạch có ảnh hƣởng rất lớn tới hàm 6 lƣợng và chất lƣợng tinh bột trong củ. Bên cạnh đó thì lƣợng mƣa, loại đất và điều kiện chăm sóc cũng có ảnh hƣởng đến năng suất và chất lƣợng củ. 2.1.6.Giá trị kinh tế của cây dong riềng Dong riềng là cây dễ trồng, cho sản lƣợng cao hơn nhiều so với nhiều loại củ nhƣ ngô, khoai lang, sắn,… Điều này đƣợc thể hiện rõ trong bảng 2.1 [1]. Bảng 2.1. So sánh sản lƣợng của dong riềng với một số loại củ khác [1]. Diện tích ( ha) Cây Sản lƣợng ( tấn) Tinh bột ( tấn) Dong riềng 1 45 – 65 8 – 11,7 Ngô 1 3 1,8 Khoai lang 1 12 1,2 Sắn 1 10 2,0 Lúa 1 4 2,1 Số liệu ở bảng 2.1 cho thấy, trên cùng một diện tích, sản lƣợng dong riềng gấp 15 – 22 lần ngô; 4 – 5,5 lần khoai lang; 4,5 – 6,5 lần sắn. Bên cạnh đó, dong riềng là loại cây có tính thích nghi cao, có thể trồng xen với nhiều loại cây nên có thể phát triển hợp lý diện tích trồng dong riềng mà không ảnh hƣởng tới diện tích trồng lúa và các loại cây trồng khác. Dong riềng là loại cây không những cho phép khai thác sản phẩm chính là củ mà còn cho phép tân dụng triệt để các sản phẩm phụ nhƣ lá và thân cây. Lá và thân cây có thể dùng làm phân bón và nguyên liệu cho công nghiệp, thân cây dong riềng còn có sợi màu trắng, bền có thể dệt thành bao đựng. Một hecta dong riềng có thể lấy đƣợc 900kg tơ dùng cho sản xuất các loại bao đựng [ 1 ]. Theo phân tích của học viện Winter [7]. thì thành phần hóa học của củ, thân, lá nhƣ sau ( Bảng 1.2). 7 Bảng 2.2. Thành phần hóa học của củ và thân lá dong riềng [7]. Thành phần hóa học (%) Loại thức ăn Thân lá khi 3 tháng Củ 13 tháng H2O 85,20 75,60 Protein 2,42 1,29 Lipid 1,22 1,10 Đƣờng 1,46 5,40 Xơ 2,59 4,30 Khoáng 2,07 1,42 Ca 0,26 - P 0,09 - 2.2. Tình hình trồng và tiêu thụ dong riềng 2.2.1. Tình hình trồng và tiêu thụ dong riềng trong nước Trƣớc đây, nhân dân ta chỉ trồng dong riềng theo quy mô nhỏ, không tập trung nên sản lƣợng ít. Năm 1980, diện tích trồng dong riềng của nƣớc ta đạt 17.000 ha với năng suất là 15-40 tấn/ha và thu đƣợc tổng sản lƣợng củ đạt 260.000 tấn [7] Hiện nay do tầm quan trọng và giá trị kinh tế của dong riềng đối với đời sống, ngƣời dân đã chú trọng đầu tƣ giống và kĩ thuật trồng trọt để nâng cao năng suất cũng nhƣ diện tích và quy mô, nên tổng sản lƣợng dong riềng tăng lên rất nhiều so với các năm trƣớc. Cây dong riềng hiện nay chủ yếu đƣợc trồng để lấy củ, tách lấy tinh bột từ củ, phục vụ cho ngành sản xuất miến. Do quy mô sản xuất nhỏ lẻ, không có nhà máy sản xuất với quy mô công nghiệp nên tình hình tiêu thụ sản phẩm củ dong riềng còn bấp bênh và không ổn định. 8 2.2.2. Tình hình nghiên cứu về dong riềng ở ngoài nước Cây dong riềng chủ yêu đƣợc trồng ở trong nƣớc. Vì vậy, nƣớc ngoài hiện nay chƣa có nhiều đề tài khoa học nghiên cứu về dong riềng. 2.3. Tổng quan về tinh bột 2.3.1. Khái quát chung về tinh bột Tinh bột là một loại polysaccharit dự trữ chủ yếu ở thực vật, có trong các hạt hòa thảo, trong củ, thân cây và lá cây, một lƣợng đáng kể tinh bột cũng có trong các loại quả nhƣ chuối và nhiều loại rau. Tinh bột có nhiều trong các loại lƣơng thực do đó các loại lƣơng thực đƣợc coi là nguồn nguyên liệu chủ yếu để sản xuất tinh bột. Tinh bột đƣợc giải phóng khi tế bào bị phá vỡ. Hàm lƣợng tinh bột đƣợc dự trữ, thành phần, kích thƣớc và hình dạng của hạt tinh bột trong các nguyên liệu khác nhau thì khác nhau [2]. Tinh bột không phải là một chất riêng biệt mà gồm hai thành phần là amilose và amilopectin. Hai chất này khác nhau về cấu tạo, tính chất vật lý và tính chất hóa học. Dựa vào sự khác nhau đó có thể phân chia đƣợc hai thành phần trên để điều chế dạng tinh khiết. Các phƣơng pháp để tách và xác định hàm lƣợng amilose và amilopectin là: - Chiết rút amilose bằng nƣớc nóng. - Kết tủa amilose bằng rƣợu. - Hấp thụ chọn lọc amilose trên xenlulose Tinh bột là loại polysaccharit có khối lƣợng phân tử cao, gồm các đơn vị glucose đƣợc nối với nhau bởi các liên kết α – glycozit, có công thức phân tử là ( C6H10O5)n, ở đây n có thể từ vài trăm đến hơn 1 triệu. Tinh bột giữ vai trò quan trọng trong công nghiệp thực phẩm do những tính chất hóa lí của chúng. Tinh bột thƣờng dùng làm chất tạo độ nhớt sánh cho các thực phẩm dạng lỏng hoặc là tác nhân làm bền keo hoặc nhũ tƣơng, nhƣ các yếu tố kết 9 dính và làm đặc tạo độ cứng, độ đàn hồi cho nhiều loại thực phẩm. Ngoài ra tinh bột còn nhiều ứng dụng trong dƣợc phẩm, công nghiệp dệt, hóa dầu…[2]. Bảng 2.3. Đặc điểm của một số hệ thống tinh bột [2]. Nguồn Kích thƣớc hạt, nm Hạt ngô 10-30 Lúa mì Lúa mạch đen Đại mạch Yến mạch Lúa Đậu đỗ Kiều mạch Chuối Khoai tây Khoai lang Sắn Dong riềng 5-50 5-50 5-40 5-12 2-10 30-50 5-15 5-60 1-120 5-50 5-35 10-130 Hình dáng Hàm lƣợng amilose, % Nhiệt độ hồ hoá, 0C Đa giác hoặc tròn Tròn Tròn dài Bầu dục Đa giác Đa giác Tròn Tròn dẹp Tròn Bầu dục Bầu dục Tròn Bầu dục 25 67-75 20 _ _ _ 13-35 46-54 _ 17 23 20 _ 38-41 56-80 46-62 68-90 55-85 70-80 60-71 _ _ 56-69 52-64 _ _ Trong thực vật, tinh bột thƣờng có mặt dƣới dạng không hòa tan trong nƣớc. Do đó có thể tích tụ một lƣợng lớn ở trong tế bào mà vẫn không bị ảnh hƣởng đến áp suất thẩm thấu. Các hydrat cacbon đầu tiên đƣợc tạo ra ở lục lạp do quang hợp, nhanh chóng đƣợc chuyển thành tinh bột. Tinh bột ở mức độ này đƣợc gọi là tinh bột đồng hóa, rất linh động nên có thế sử dụng ngay trong quá trình trao đổi hoặc có thể chuyển hóa thành tinh bột dự trữ ở trong hạt, quả, củ, rễ thân và bẹ lá. Có thể chia tinh bột thành ba hệ thống: -Tinh bột của các hạt cốc - Tinh bột của các hạt họ đậu - Tinh bột của các loại củ Hạt tinh bột của tất cả các loại trên có dạng hình tròn, hình bầu dục hay hình đa giác. Hạt tinh bột khoai tây lớn nhất và bé nhất là hạt tinh bột thóc. 10 Tinh bột dong riềng có dạng hình bầu dục và hình tròn, kích thƣớc hạt từ 4 17µm. Các hạt tinh bột đƣợc hình thành trong nhân xuất hiện ở dạng có tính đặc chƣng chung. Ở một số loại thực vật thì các hạt đơn giản đƣợc sản xuất. Trong các hạt ngũ cốc thì có các trƣờng hợp nhƣ với ngô, lúa mỳ, lúa mạch đen, và lúa mạch. Một số hạt đƣợc hình thành trong thể nhân nhƣ đối với lúa kiều mạch và gạo. Thực vây, trong gạo có hàng trăm các hạt tinh bột ở bên trong thể nhân. Ở các loại thực vật khác thậm chí còn xuất hiện nhiều hơn nhƣ vậy. Con số ấn tƣợng nhất đƣợc ghi lại là hạt của rau chân vịt, trong đó có khoảng trên 30,000 hạt tinh bột có thể đƣợc sinh ra trong một nhân đơn. Nhƣ một nhóm đa thành phần của các hạt có thể đƣợc gọi là hợp hạt. Tuy nhiên trong các nhóm đó không có sự tồn tại chặt chẽ, mỗi một cấu trúc dƣới phân tử của nó là một hình dạng hạt đơn duy nhất [2]. Sự phân lớp trong hạt tinh bột: Có thể nhìn dƣới kính hiển vi một loạt các lớp đƣợc sắp xếp đồng tâm hay lệch tâm trong hạt tinh bột. Rất nhiều các hạt nhỏ, ví dụ nhƣ củ cải vàng, thì không đƣợc phân lớp rõ ràng, và các loài khác thì dƣờng nhƣ là không có các lớp liên tiếp. Các hạt to của tinh bột khoai tây và tinh bột dong riềng đƣa ra các cấu trúc lớp với sự riêng biệt rõ ràng. Các lớp trong tinh bột khoai tây rộng khoảng 2-7 μm, và trong các hạt tinh bột ngũ cốc thì có thể rộng khoảng 0,4-1μm. Trong quá trình trƣởng thành của hạt tinh bột, các lớp đƣợc hình thành theo thứ tự từ trong ra ngoài, lớp bên trong đƣợc hình thành trƣớc, lớp bên ngoài hình thành và bao bọc lớp bên trong. Cứ nhƣ vậy cho đến khi hạt tinh bột đạt kích thƣớc đủ lớn [2]. 11 2.3.2.2. Hình dạng, đặc điểm, kích thước của hạt tinh bột dong riềng Tinh bột nói chung là loại polysaccarit khối lƣợng phân tử cao, có công thức phân tử là (C6H10O5)n, gồm các phân tử glucose đƣợc nối với nhau bằng các liên kết 1-4-glucosid. Các loại tinh bột khác nhau thì có hình dạng và kích thƣớc hạt tinh bột khác nhau. Hạt tinh bột có thể có hình tròn, hình đa giác, hình bầu dục…. Kích thƣớc và hình dạng của các hạt tinh bột khác nhau dẫn đến tính chất cơ lý của tinh các loại tinh bột cũng khác nhau nhƣ: nhiệt độ hồ hóa, khả năng hấp thụ xanh methylen…[13]. Hình dạng của tinh bột dong riềng nói riêng có hình ovan, bề mặt hạt nhẵn mịn. Hạt tinh bột dong riềng có nhiều kích thƣớc khác nhau, kích thƣớc nhỏ, trung bình và kích thƣớc lớn. Tuy nhiên hạt chiếm đa số trong đó có đƣờng kính khoảng 44.7μm. Hạt tinh bột dong riềng là hạt tinh bột có kích thƣớc lớn nhất: 30-100 μm [13]. Hình 2.3. Hình dạng của một số hạt tinh bột khác nhau[13] 12 2.3.2.3. Thành phần của tinh bột nói chung và của tinh bột dong riềng Trƣớc đây, các nhà khoa học cho rằng tinh bột thƣơng phẩm chỉ có 2 thành phần amilose, amilopectin. Nhƣng nhiều nghiên cứu gần đây cho thấy tinh bột còn chứa nhiều thành phần khác với hàm lƣợng rất nhỏ, nhƣng có khả năng ảnh hƣởng chất lƣợng sản phẩm. [13]. Tinh bột dong riềng có hàm lƣợng protein, chất béo và hàm lƣợng tro thấp. Hàm lƣợng protein trong tinh bột dong riềng nằm trong khoảng 0,06 - 0,08 %, thấp hơn rất nhiều so với hàm lƣợng protein của tinh bột sắn 0,157 %. Hàm lƣợng lipid của tinh bột dong riềng cũng rất thấp, khoảng 0,01 - 0,02 %, trong khi của tinh bột đậu xanh là 0,04 %. Lipid trong tinh bột có thể nằm ở dạng liên kết với phân tử amilose. Hàm lƣợng tro thì trong khoảng 0,25 - 0,33 %, tùy thuộc vào từng loại chủng giống và điều kiện vệ sinh trong quá trình tách cũng nhƣ bảo quản tinh bột. Hàm lƣợng các chất vô cơ trong tinh bột dong riềng nhƣ sau: Hàm lƣợng photphos là 350 - 400 ppm, hàm lƣợng Canxi: 110 - 160 ppm, hàm lƣợng Magie: 17 - 30 ppm, hàm lƣợng Kali: 35 - 65 ppm…[5]. Ngoài những thành phần nói trên, chủ yếu, tinh bột là một hợp chất đồng thể gồm 2 polysaccarit khác nhau là amilose và amilopectin. Tỷ lệ amilose/amilopectin của mỗi loại tinh bột khác nhau thì khác nhau.. Hàm lƣợng amilose trong tinh bột dong riềng khác nhau tùy thuộc vào từng giống khác nhau, thông thƣờng là từ 20-30%. Theo nghiên cứu của Kittiwut Thitipraphunkul thì hàm lƣợng amilose trong tinh bột dong riềng là 22% [9]. Tuy nhiên theo nghiên cứu của Phạm Văn Hùng, Naofumi Norita về tinh bột dong riềng tại Việt Nam thì hàm lƣợng amilose của loại này khoảng 35-40% [10]. Sự sai khác này có thể do giống dong riềng đƣợc phân tích khác nhau, hoặc do điều kiện trồng và thời tiết.