Tìm hiểu về khoai mì (củ sắn) và ứng dụng trong công nghệ thực phẩm

Khoai mì hay củ sắn là một loại nông sản dường như rất phổ biến ở Việt Nam, chúng dễ sống, dễ trồng và rất ít công chăm sóc nhưng mang lại giá trị kinh tế cao. Bài viết này, chúng ta cùng tìm hiểu về loại nông sản này nhé!

1. Cấu tạo củ khoai mì

Khoai mì là loại củ có lõi (tim củ) nối từ thân cây chạy dọc theo củ đến đuôi củ. Có cấu tạo: vỏ gỗ, vỏ cùi, thịt sắn, lõi sắn. So với các loại củ khác thì vỏ củ sắn là loại vỏ dễ phân biệt và dễ tách nhất.

a. Vỏ gỗ

Chiếm 0,5 – 3% khối lượng củ. Gồm các tế bào có cấu tạo từ cellulose và hemicellulose, hầu như không có tinh bột. Vỏ gỗ là lớp ngoài cùng, sần sùi, màu nâu thẫm, chứa các sắc tố đặc trưng. Có tác dụng giữ cho củ rất bền, không bị tác động cơ học bên ngoài.

b. Vỏ cùi

Dày hơn vỏ gỗ, chiếm khoảng 8 – 20% trọng lượng củ. Gồm các tế bào được cấu tạo bởi cellulose và tinh bột (5 – 8%). Giữa các lớp vỏ là mạng lưới ống dẫn nhựa củ, trong mủ có nhiều tanin, enzyme và các sắc tố.

c. Thịt khoai mì (ruột củ)

Là thành phần chiếm chủ yếu của củ, bao gồm các tế bào có cấu tạo từ cellulose và pentozan, bên trong là các hạt tinh bột và nguyên sinh chất. Hàm lượng tinh bột trong ruột củ phân bố không đều. Kích thước hạt tinh bột koảng 15 – 80mm. Củ sắn càng để già thì càng có nhiều xơ.

d. Lõi khoai mì

Thường nằm ở trung tâm dọc theo thân củ, nối từ thân đến đuôi củ. Lõi chiếm từ 0,3 – 1% khối lượng củ. Thành phần cấu tạo chủ yếu là cellulose và hemicelluloses.

2. Tính chất hóa học

Thành phần tỉ lệ trong củ khoai mì tươi có:

• Tỷ lệ chất khô 38-40%
• Tinh bột 16-32%
• Chất protein, béo, xơ, tro trong 100g được tương ứng là 0,8-2,5g, 0,2-0,3g, 1,1-1,7g, 0,6-0,9g
• Chất muối khoáng và vitamin trong 100g củ  là 18,8-22,5mg Ca, 22,5-25,4mg P, 0,02mg B₁, 0,02mg B₂, 0,5mg PP.

Trong củ sắn, hàm lượng các axit amin không được cân đối, thừa arginin nhưng lại thiếu các acid amin chứa lưu huỳnh.

Cũng như phần lớn các loại hạt và củ, thành phần chính của củ khoai mì là tinh bột. Ngoài ra, trong khoai mì còn có các chất: đạm, muối khoáng, lipit, xơ và một số vitamin B1, B2.

Tinh bột

Là thành phần quan trọng của củ sắn, nó quyết định giá trị sử dụng của chúng. Hạt tinh bột hình trống, đường kính khoảng 35 mircomet.

Tinh bột gồm hai thành phần:

• Amylose: 15 – 25%.
• Amylopectin: 75 – 85%.

Tỉ lệ Amylopectin: Amylo trong tinh bột khoai mì cao (80:20) nên gel tinh bột có độ nhớt, độ kết dính cao và khả năng gel bị thoái hóa thấp.

Hàm lượng tinh bột tập trung nhiều nhất ở phần sát vỏ bao, càng đi sâu vào lớp thịt sát lõi lượng tinh bột lại ít đi.

Tinh bột có dạng hình cầu, hình trứng hoặc hình mũ, có một số hạt trũng, có màu rất trắng. Nên trong quá trình sản xuất nên loại bỏ vỏ để không tạo màu tối cho tinh bột.

Tinh bột khoai mì có kích thước từ 5 đến 40µm với những hạt lớn 25-35µm, hạt nhỏ 5-15µm và nhiều hình dạnh, chủ yếu là hình tròn, bề mặt nhẵn, một bên mặt có chổ lõm hình nón và một núm nhỏ ở giữa. Dưới ánh sáng phân cực, các liên kết ngang với mật độ từ trung bình tới dày đặc có thể thấy rõ. Các nghiên cứu siêu cấu trúc bằng tia X cho thấy tinh bột khoai mì có cấu trúc tinh thể dạng A và hỗn hợp A, B.

Khi hạt tinh bột khoai mì bị vỡ, có thể quan sát được các rãnh tạo cấu trúc xốp của hạt. Các rãnh vô định hình kéo dài từ bề mặt tới tâm của hạt tạo thành các lỗ xốp. Chính các lỗ xốp này giúp nước thâm nhập vào giúp trương nở tinh bột, phá vỡ các liên kết hidro giữa các phân tử trong cấu trúc tinh thể, tạo điều kiện cho tác dụng phân hủy của enzyme. Tinh bột khoai mì có cấu trúc hạt tương đối xốp, liên kết giữa các phân tử trong cấu trúc tinh thể yếu, vì vậy nó dễ bị phân hũy bởi các tác nhân như acid và enzyme hơn so với các loại tinh bột khác như bắp, gạo.

Tinh bột khoai mì có hàm lượng amylopectin và phân tử lượng trung bình tương đối cao, 215.00g/mol so với 30.500, 130.000, 224.500 và 276.000 tương ứng ở amylose của bắp, tinh bột lúa mì, tinh bột khoai tây và tinh bột sáp. Hàm lượng amylose nằm trong khoảng 8-28%, nhưng nói chung đa số các giống khoai mì có tỷ lệ amylose 16-18%. Tinh bột khoai mì có những tính chất tương tự các loại tinh bột chứa nhiều amylosepectin như độ nhớt cao, xu hướng thoái hóa thấp và độ bền gel cao. Hàm lượng amylosepectin và amylose trong tinh bột khoai mì liên quan tới độ dính của củ nấu chính và nhiều tính chất trong các ứng dụng công nghiệp.

Nhiệt độ hồ hóa tinh bột khoai mì trong khoảng 58.5-70⁰C so với 56-66⁰C ở khoai tây và 62-72⁰C ở tinh bột bắp. Việc tạo ra các dẫn xuất của tinh bột nhờ liên kết ngang hay việc thêm các chất có hoạt tính bề mặt có thể thay đổi nhiệt độ hồ hóa. Nhiệt độ hồ hóa cũng ảnh hưởng đến chất lượng nấu của tinh bột, nhiệt độ hồ hóa thấp thường làm chất lượng nấu thấp do tin bột dễ bị phá vỡ.

Độ nhớt là tính chất quan trọng giúp tinh bột có nhiều ứng dụng trong công nghiệp thực phẩm và các ngành công nghiệp vãi, giấy. Tinh bột khoai mì có độ nhớt rất cao. Độ nhớt cao thể hiện ở lực liên kết yếu giữa các phân tử tinh bột trong cấu trúc hạt. Xử lý hóa học, vật lý (gia nhiệt, xữ lý bằng áp suất hơi, thêm các chất hóa học, thay đổi pH của môi trường) cũng như sự có mặt của các chất như protein, chất béo, chất có hoạt tính bề mặt đều có ảnh hưởng đến tinh bột khoai mì.

Độ nở và độ hòa tan của tinh bột cũng là tính chất quan trọng và cũng rất khác nhau giữa các dạng tinh bột. Tính chất này của tinh bột khoai mì phụ thuộc rất nhiều vào giống khoai mì, điều kiện môi trường sống, thời điểm thu hoạch nhưng lại không liên quan đến kích thước hạt hay trọng lượng phân tử tinh bột.

Cấu trúc gel của tinh bột khoai mì có độ bền cao hơn so với nhiều loại ngủ cốc khác nên được ứng dụng nhiều trong công nghiệp thực phẩm, đặc biệt với những sản phẩm phải bảo quản trong thời gian dài.

Đường

Đường trong củ mì chủ yếu là glucose và một ít maltose, saccarose. Củ mì càng già thì hàm lượng đường càng giảm. Trong chế biến, đường hoà tan trong nước được thải ra trong nước dịch.

Protein

Hàm lượng của thành phần protein có trong củ rất thấp nên cũng ít ảnh hưởng đến quy trình công nghệ. Tỉ lệ khoảng: 1 – 1,2%. Từ ngoài vào trong hàm lượng đạm tăng lên một ít.

Nước

Lượng ẩm trong củ mì tươi rất cao, chiếm khoảng 70% khối lượng toàn củ. Lượng ẩm cao khiến cho việc bảo quản củ tươi rất khó khăn. Vì vậy ta phải đề ra chế độ bảo vệ củ hợp lý tuỳ từng điều kiện cụ thể.

Độc tố trong củ sắn

Ngoài những chất dinh dưỡng trên, trong loại nông sản này còn có độc tố. Chất độc có trong cây khoai mì ngày nay đã được nghiên cứu và xác định tương đối rõ. Đó chính là HCN. Trong củ khoai mì, HCN tồn tại dưới dạng phazeolunatin gồm hai glucozit Linamarin và Lotaustralin.

Hệ enzyme

Trong khoai mì, các chất polyphenol và hệ enzyme polyphenoloxydaza có ảnh hưởng nhiều tới chất lượng trong bảo quản và chế biến.

Polyphenoloxydaza xúc tác quá trình oxy hoá polyphenol tạo thành octoquinon sau đó trùng hợp các chất không có bản chất phenol như acid amin để hình thành sản phẩm có màu. Trong nhóm polyphenoloxydaza có những enzyme oxy hoá các monophenol mà điển hình là tirozinnaza xúc tác sự oxy hoá acid amin tirozin tạo nên quinon tương ứng. Sau một số chuyển hoá các quinon này sinh ra sắc tố màu xám đen gọi là melanin. Đây là một trong những nguyên nhân làm cho thịt khoai mì có màu đen mà thường gọi là khoai mì chảy nhựa. Vì enzyme tập trung trong mủ ở vỏ cùi cho nên các vết đen cũng xuất hiện trong thịt củ bắt đầu từ lớp ngoại vi.

Khi khoai mì đã chảy nhựa thì lúc mài xát khó mà phá vỡ tế bào để giải phóng tinh bột do đó hiệu suất lấy tinh bột thấp, mặt khác tinh bột không trắng.

Ngoài tirozinaza các enzyme oxy hoá khử cũng hoạt động mạnh làm tổn thất chất khô của củ.

Hàm lượng tannin trong khoai mì ít nhưng sản phẩm oxy hoá tannin là chất flobafen có màu sẫm đen khó tẩy. Khi chế biến, tannin còn có tác dụng với Fe tạo thành sắt tannat cũng có màu xám đen. Cả hai chất này đều ảnh huởng đến màu sắc của tinh bột nếu như trong chế biến không tách dịch bào nhanh và triệt để.

Trong bảo quản khoai mì tươi thường nhiễm bệnh thối khô và thối ướt do nấm và vi khuẩn gây nên đặc biệt đối với những củ bị tróc vỏ và dập nát. Ngoài ra nếu củ bị chảy nhựa nghiêm trọng cũng sẽ dẫn tới hiện tượng thối khô.

Các chất dinh dưỡng chủ yếu là đạm và tinh bột (vì đó là hai thành phần quan trọng của củ khoai mì có giá trị kinh tế nhất).

3. Ứng dụng của sắn

Khoai mì có giá trị dinh dưỡng cao như khoai tây, khoai môn, khoai lang… Tuy hàm lượng protein thấp nhưng nó chứa nhiều cacbonhydrate là nguồn cung cấp nhiều năng lượng cho cơ thể. Nó còn là một nguồn tốt để cung cấp Kali và chất xơ. Khoai mì giúp duy trì quá trình cân bằng hàm lượng nước trong máu.

Chất xơ giúp ngừa táo bón, có khuynh hướng thấp hơn hàm lượng Cholesterol trong máu, ngăn ngừa những bệnh về tim mạch. Vì củ sắn chứa ít protein và chất béo nên khi dùng khoai mì trong khẩu phần ăn nên bổ sung thêm các loại thực phẩm giàu protein và lipid để khẩu phần được cân đối.

Khoai mì được dùng để sản xuất tinh bột. Tinh bột củ sắn chiếm số lượng lớn và giá thành rẻ nên được dùng rộng rãi trong nhiều ngành công nghiệp thực phẩm như: sử dụng trong sản xuất các chất tạo ngọt hoặc làm tác nhân kết dính cho sản phẩm bánh kẹo, sử dụng tinh bột trong sản xuất bánh biscuit ngọt, biscuit không ngọt, cream sandwich với hàm lượng khoảng 5 – 10% để giúp bánh mềm và không dính, trong sản xuất bánh mì, tinh bột được dùng như là một cơ chất cho nấm men sử dụng trong quá trình lên men và tham gia vào phản ứng tạo màu nâu đặc trưng của sản phẩm khi nướng.

Tiêu chuẩn tinh bột sử dụng được (theo thiêu chuẩn của FAO: TC 176 – 1989)

• An toàn và phù họp cho người sư dụng.
• Không có mùi vị khác thường và côn trùng gây hại.
• Không bị nhiễm bẩn.

Chỉ tiêu hóa lý:

• Hàm lượng ẩm 13%
• Hàm lượng acid HCN nhỏ hơn hoặc bằng 10mg/kg.
• Không có kim loại nặng.
• Hàm lượng xơ nhỏ hơn hoặc bằng 2%.

Chỉ tiêu vi sinh:

• Vi sinh vật gây bệnh: không có.
• Côn trùng gây hại: không có.

Chỉ tiêu cảm quan:

• Bột màu trắng khô và mịn.
• Không có mùi vị khác thường.
• Không bị nhiễm bẩn.

Củ sắn được ứng dụng rất nhiều trong thực phẩm, ngoài để chế biến những món ăn từ củ còn tươi: như bánh, chè… thì công dụng lớn nhất là dùng sản xuất tinh bột, và được sử dụng rất rộng rãi trong công nghiệp giấy, dệt, làm chất kết dính, công nghiệp dextrin… Ngoài ra loại nông sản này còn được dùng làm thức ăn cho gia súc.

FOODNK