Nghiên cứu quá trình thuỷ phân tinh bột khoai lang bằng phương pháp enzyme tạo tinh bột tiêu hoá chậm và isomaltooligosaccharide nhằm ứng dụng trong thực phẩm

Hình 2 6: Cơ sở lý thuyết của phương pháp Betamyl-3 xác định hoạt độ enzyme β-amylase [207] 55 Hình 3 1 Hình ảnh SEM của sáu loại tinh bột khoai lang 62 Hình 3 2 Phân bổ kích thước hạt t

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

NGHIÊN CỨU QUÁ TRÌNH THUỶ PHÂN TINH BỘT KHOAI LANG BẰNG PHƯƠNG PHÁP ENZYME TẠO

TINH BỘT TIÊU HOÁ CHẬM VÀ ISOMALTOOLIGOSACCHARIDE NHẰM ỨNG DỤNG TRONG THỰC PHẨM

LUẬN ÁN TIẾN SĨ CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM

HÀ NỘI – 2022

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

NGHIÊN CỨU QUÁ TRÌNH THUỶ PHÂN TINH BỘT KHOAI LANG BẰNG PHƯƠNG PHÁP ENZYME TẠO

TINH BỘT TIÊU HOÁ CHẬM VÀ ISOMALTOOLIGOSACCHARIDE NHẰM ỨNG DỤNG TRONG THỰC PHẨM

LUẬN ÁN TIẾN SĨ CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM

Ngành: Công nghệ thực phẩm

Mã số:

Người hướng dẫn khoa học

Hà Nội – 2022

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan luận án này là công trình nghiên cứu của tôi và người

hướng dẫn khoa học Kết quả và số liệu trình bày trong luận án không trùng lặp vớicác công trình khoa học đã được công bố

Tôi xin cam đoan rằng mọi sự giúp đỡ cho việc thực hiện luận án đã được

cảm ơn, các thông tin tham khảo được trích dẫn đầy đủ, chính xác và có nguồn gốc

rõ ràng

Tôi cũng xin dành lời cảm ơn tới gia đình, đồng nghiệp, người thân đã ủng hộ,động viên, giúp đỡ tôi hoàn thành bản luận án này

Nghiên cứu sinh

MỤC LỤC

MỤC LỤC iii

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT vi

DANH MỤC CÁC BẢNG viii

DANH MỤC CÁC HÌNH ẢNH, ĐỒ THỊ x

MỞ ĐẦU 1

1 2 3 4 5 Tính cấp thiết của luận án 1

Mục tiêu nghiên cứu 2

Nội dung nghiên cứu 2

Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của luận án 2

Những điểm mới của luận án 3

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN TÀI LIỆU 4

1 1 Tổng quan về cây khoai lang 4

1 1 1 Nguồn gốc của cây khoai lang 4

1 1 2 Đặc điểm hình thái cây khoai lang 4

1 1 3 Giá trị dinh dưỡng của khoai lang 5

1 1 4 Tình hình sản xuất và tiêu thụ khoai lang 7

1 1 5 Một số giống khoai phổ biến ở Việt Nam 8

1 2 Tổng quan về tinh bột khoai lang 10

1 2 1 Hình dạng và kích thước của hạt tinh bột khoai lang 10

1 2 2 Cấu trúc của tinh bột khoai lang 11

1 2 3 Tính chất của tinh bột khoai lang 13

1 3 Các sản phẩm của quá trình thủy phân tinh bột khoai lang và tiềm năng ứng dụng trong sản xuất thực phẩm 17

1 3 1 Tinh bột tiêu hóa chậm (SDS): thu nhận và tiềm năng ứng dụng trong sản xuất thực phẩm 18

1 3 2 Isomaltooligosaccharide (IMO): thu nhận và khả năng ứng dụng trong sản xuất thực phẩm 24

1 4 Một số nhóm enzyme tác dụng lên tính chất tinh bột 31

1 4 1 Enzyme α- amylase 31

1 4 2 Enzyme β‚amylase 32

1 4 3 Enzyme pullulanase 33

1 4 4 Enzyme transglucosidase 34

1 4 5 Enzyme glucanotransferase 36

1 5 Tính cấp thiết và nội dung nghiên cứu 37

CHƯƠNG 2 VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 39

2 1 Vật liệu nghiên cứu 39

2 1 1 Nguyên liệu tinh bột khoai lang 39

2 1 2 Chế phẩm enzyme 39

2 2 Phương pháp nghiên cứu 41

2 2 1 Phương pháp công nghệ 41

2 2 2 Phương pháp bố trí thí nghiệm 42

2 2 3 Phương pháp phân tích 51

2 2 4 Phương pháp thống kê và xử lý số liệu 59

CHƯƠNG 3 KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 60

3 1 Đặc tính tinh bột khoai lang và khả năng thu hồi tinh bột của các giống khoai lang Việt Nam 60

3 1 1 Khả năng thu hồi tinh bột các giống khoai lang Việt Nam 60

3 1 2 Thành phần amylose của tinh bột các giống khoai lang Việt Nam 61

3 1 3 Đặc điểm hình thái và cấu trúc hạt tinh bột của các giống khoai lang Việt Nam 61

3 1 4 Một số tính chất lý hóa của tinh bột khoai lang Việt Nam 64

3 2 Điều kiện thu nhận tinh bột tiêu hóa chậm và đặc tính của tinh bột tiêu hóa chậm thành phẩm 70

3 2 1 Khảo sát các yếu tố ảnh hưởng tới quá trình thủy phân tinh bột khoai lang bằng enzyme pullulanase hướng tới sự hình thành tinh bột tiêu hóa chậm 71

3 2 2 Nghiên cứu chế độ thoái hóa tinh bột sau thủy phân pullulanase làm tăng hàm lượng tinh bột tiêu hóa chậm 77

3 2 3 Đánh giá chất lượng sản phẩm và đưa ra quy trình sản xuất tinh bột tiêu

hóa chậm từ tinh bột khoai lang 82

3 3 Nghiên cứu điều kiện thu nhận isomaltooligosaccharide 86

3 3 1 Điều kiện thu nhận isomaltooligosaccharide bằng phương pháp phân đoạn 86

3 3 2 Điều kiện thu nhận isomaltooligosaccharide bằng phương pháp đường hóa và gắn nhánh đồng thời 106

3 4 Ứng dụng tinh bột tiêu hóa chậm và isomaltooligosaccharide trong sản xuất thực phẩm 112

3 4 1 Ứng dụng bổ sung tinh bột tiêu hóa chậm vào sản phẩm miến dong 112

3 4 2 Ứng dụng bổ sung isomaltooligosaccharide vào sản phẩm sữa tươi và nước quả 114

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 116

DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH ĐÃ CÔNG BỐ CỦA LUẬN ÁN 118

TÀI LIỆU THAM KHẢO 119

PHỤ LỤC 1

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT

Nghĩa tiếng Việt

Phần trăm khối lượng/ khối lượngĐơn vị tốc độ ly tâm

BPNPG7

cP

CU

BlockedmaltoheptaosidecentipoiseCeralpha Unit

p-nitrophenyl

Đơn vị đo độ nhớtĐơn vị hoạt độ enzyme alphaamylase được xác định bằngphương pháp Ceralpha,Megazyme

DE Dextrose equivalent Đương lượng dextrose

MaltodecaoseMaltose

MaltotrioseMaltotetraoseMaltopentaoseMaltohexaoseMaltoheptaoseMaltooctaoseMaltononaoseGlycoside Hydrolase

Tổng hàm lượng G2, G3, G4, G5,G6, G7, G8, G9, G10

Tổng hàm lượng G2, G3, G4, G5,G6

Giống khoai lang Hoàng Long cũ,thu hoạch tại Việt Yên, Bắc

Giống khoai lang Hoàng Long

IsomaltotrioseIsomaltotetraose

maltotrioside

p-nitrophenyl-β‚D-mới, thu hoạch tại Yên Dũng, BắcGiang

Tổng hàm lượng IMO2, IMO3 vàIMO4

Giống khoai lang Nhật, thu hoạchtại Đà Lạt, Lâm Đồng

Giống khoai lang Nhật, thu hoạchtại Gia Lai

Giống khoai lang Nhật ruột trắng,thu hoạch tại Nam Trực, NamĐịnh

Giống khoai lang Nhật ruột vàng,thu hoạch tại Nam Trực, NamĐịnh

Đơn vị đo lường của vitamin ATinh bột tiêu hóa nhanh

vòng/ phútHàm lượng gốc khửTinh bột kháng tiêu hóaMáy phân tích độ nhớt nhanhTinh bột tiêu hóa chậmHàm lượng carbonhydrate tổngsố

Sắc ký bản mỏngĐơn vị hoạt độ enzyme

DANH MỤC CÁC BẢNG

Bảng 1 1 Thành phần dinh dưỡng của khoai lang (tính trên 100 g củ khoai lang)

[23] 5

Bảng 1 2 Tên gọi, công thức phân tử và tên hóa học của các maltooligosaccharides (MO) và isomaltooligosacchrides (IMO) có DP=2-9 24

Bảng 1 3 Sản phẩm tạo thành của các các nhóm enzyme pullulanase 34

Bảng 2 1 Đặc điểm của sáu giống khoai lang nguyên liệu 39

Bảng 2 2 Thông số các chế phẩm enzyme sử dụng trong nghiên cứu 40

Bảng 3 1 Ảnh hưởng của giống đến tỉ lệ thu hồi tinh bột khoai lang 60

Bảng 3 2 Hàm lượng amylose trong các loại tinh bột khoai lang 61

Bảng 3 3 Kích thước hạt tinh bột của sáu giống khoai lang 63

Bảng 3 4 Ảnh hưởng của giống khoai lang đến độ dài trung bình của mạch tinh bột 64

Bảng 3 5 Ảnh hưởng của giống đến khả năng hút nước của hạt tinh bột khoai lang 65

Bảng 3 6 Ảnh hưởng của giống đến độ nhớt tinh bột khoai lang 66

Bảng 3 7 Khả năng hòa tan và mức độ thoái hóa gel của tinh bột sáu giống khoai lang 68

Bảng 3 8 Ảnh hưởng của nhiệt độ thoái hóa lần 1 tới hàm lượng tinh bột tiêu hóa chậm (thời gian thoái hóa 48 giờ) 77

Bảng 3 9 Ảnh hưởng của thời gian thoái hóa lần 1 tới hàm lượng tinh bột tiêu hóa chậm (nhiệt độ 4℃) 78

Bảng 3 10 Ảnh hưởng của nhiệt độ thoái hóa lần 2 tới hàm lượng tinh bột tiêu hóa chậm (thời gian 48 giờ) 79

Bảng 3 11 Ảnh hưởng của thời gian thoái hóa lần 2 tới hàm lượng tinh bột tiêu hóa chậm (nhiệt độ 4℃) 80

Bảng 3 12 Ảnh hưởng của thời gian thoái hóa lần 3 tới hàm lượng tinh bột tiêu hóa chậm (nhiệt độ 4℃) 81

Bảng 3 13 Đánh giá chất lượng sản phẩm 83

Bảng 3 14 Thành phần dịch hóa tinh bột khoai lang sử dụng các chế phẩm enzyme

α- amylase 89

Bảng 3 15 Ảnh hưởng của nồng độ cơ chất đến quá trình dịch hóa 90

Bảng 3 16 Ảnh hưởng của nhiệt độ đến quá trình dịch hóa 91

Bảng 3 17 Ảnh hưởng của pH đến quá trình dịch hóa 91

Bảng 3 18 Ảnh hưởng nhiệt độ đến sự hoạt động của enzyme β-amylase và pullulanase trong giai đoạn đường hóa 94

Bảng 3 19 Ảnh hưởng pH đến sự hoạt động của enzyme β-amylase và pullulanase trong giai đoạn đường hóa 95

Bảng 3 20 Ảnh hưởng nồng độ enzyme β-amylase đến quá trình đường hóa 96

Bảng 3 21 Ảnh hưởng của nồng độ enzyme pullulanase đến quá trình đường hóa 97 Bảng 3 22 Ảnh hưởng của thời gian phản ứng đến quá trình đường hóa bằng enzyme β-amylase và pullulanase 97

Bảng 3 23 Ảnh hưởng của nồng độ các enzyme đến sự tạo thành IMO bằng đường hóa ‚ gắn nhánh đồng thời 109

Bảng 3 24 Ảnh hưởng của hàm lượng tinh bột SDS bổ sung tới chất lượng miến dong 113

Bảng 3 25 Hàm lượng IMO trong sản phẩm sau thanh trùng và tiệt trùng 115

DANH MỤC CÁC HÌNH ẢNH, ĐỒ THỊ

Hình 1 1: Màu sắc khác nhau của vỏ và ruột củ khoai lang [13] 4

Hình 1 2 Sản lượng khoai lang tại các châu lục trên thế giới năm 2019 7

Hình 1 3: Các giống khoai lang phổ biến được tại Việt Nam (a Khoai lang Hoàng Long; b Khoai lang Hưng Lộc 4; c Khoai lang Nhật đỏ; d Khoai lang Nhật tím; e Khoai lang Nhật trắng; f Khoai lang KB1) 10

Hình 1 4 Hình ảnh SEM của tinh bột một số giống khoai lang Việt Nam WSPS: tinh bột khoai lang trắng, YSPS: tinh bột khoai lang vàng và PSPS: tinh bột khoai lang tím [5] 11

Hình 1 5 Cấu trúc kiểu A và kiểu B của tinh bột 12

Hình 1 6 Một đoạn trisaccharide của phân tử amylose 12

Hình 1 7 Cấu trúc amylopectin 13

Hình 1 8: Giản đồ biểu diễn những thay đổi xảy ra trong hỗn hợp tinh bột và nước trong quá trình đun nóng, làm lạnh và bảo quản 16

Hình 1 9 Mô hình đề xuất tạo phức của amylose và (A) iốt, (B) axit béo 17

Hình 1 10 Đặc tính sinh học của các loại tinh bột 19

Hình 1 11: Cấu trúc của các loại IMO [135] 27

Hình 1 12 Tâm xúc tác của enzyme α ‚ amylase [158] 32

Hình 1 13: Sản phẩm thủy phân amylose của enzyme β ‚ amylase 33

Hình 1 14 Cơ chế gắn nhánh của enzyme transglucosidase [148] 36

Hình 2 1: Quy trình sản xuất miến dong 42

Hình 2 2: Bố trí thí nghiệm thu hồi SDS từ tinh bột khoai lang 43

Hình 2 3: Bố trí thí nghiệm thu hồi IMO từ tinh bột khoai lang bằng phương pháp phân đoạn 45

Hình 2 4: Bố trí thí nghiệm thu hồi IMO từ tinh bột khoai lang bằng phương pháp đường hóa ‚ gắn nhánh 49

Hình 2 5: Cơ sở lý thuyết phương pháp Ceralpha xác định hoạt độ enzyme α-amylase [206] 54

Hình 2 6: Cơ sở lý thuyết của phương pháp Betamyl-3 xác định hoạt độ enzyme

β-amylase [207] 55

Hình 3 1 Hình ảnh SEM của sáu loại tinh bột khoai lang 62

Hình 3 2 Phân bổ kích thước hạt tinh bột của sáu giống khoai lang 63

Hình 3 3 Đồ thị độ nhớt RVA của tinh bột sáu giống khoai lang Việt Nam 67

Hình 3 4 Ảnh hưởng của nồng độ tinh bột tới sự hình thành tinh bột tiêu hóa chậm 72

Hình 3 5 Ảnh hưởng của nồng độ enzyme tới sự hình thành tinh bột tiêu hóa chậm 73

Hình 3 6 Ảnh hưởng của pH tới sự hình thành tinh bột tiêu hóa chậm 74

Hình 3 7 Ảnh hưởng của nhiệt độ thủy phân bởi pullulanase tới sự hình thành tinh bột tiêu hóa chậm 75

Hình 3 8 Ảnh hưởng của thời gian thủy phân pullulanase tới sự hình thành tinh bột tiêu hóa chậm 76

Hình 3 9 Ảnh hưởng của số lần thoái hóa tới hàm lượng SDS (nhiệt độ 4℃) 82

Hình 3 10 Ảnh hưởng của quy trình sản xuất tinh bột tiêu hóa chậm tới hình dạng của hạt tinh bột khoai lang tự nhiên (a,b) và tinh bột tiêu hóa chậm (c,d) lần lượt tại độ phóng đại 1000 và 5000 84

Hình 3 11 Quy trình công nghệ thu nhận tinh bột tiêu hóa chậm từ tinh bột khoai lang 85

Hình 3 12 Ảnh hưởng của mức độ thủy phân đến hàm lượng IMO tạo thành 87

Hình 3 13 Thành phần dịch sau thủy phân sử dụng các chế phẩm enzyme α-amylase 88

Hình 3 14 Ảnh hưởng của nồng độ enzyme đến quá trình dịch hóa 92

Hình 3 15 Ảnh hưởng của thời gian phản ứng đến quá trình dịch hóa 93

Hình 3 16: Ảnh hưởng của thời gian đường hóa thành phần oligosaccharide 98

Hình 3 17 Ảnh hưởng của thời gian đường hóa đến quá trình gắn nhánh tạo IMO 99 Hình 3 18 Ảnh hưởng pH gắn nhánh đến hàm lượng IMO tạo thành 100

Hình 3 19 Ảnh hưởng nhiệt độ gắn nhánh đến hàm lượng IMO tạo thành 101

Hình 3 20 Ảnh hưởng nồng độ enzyme transglucosidase đến hàm lượng IMO tạothành 102Hình 3 21 Ảnh hưởng của thời gian gắn nhánh đến hàm lượng IMO tạo thành 103Hình 3 22 Quy trình sản xuất IMO từ tinh bột khoai lang bằng phương pháp phânđoạn 104Hình 3 23 Thành phần đường trong dịch sau đường hóa và sau đường hóa - gắnnhánh đồng thời 106Hình 3 24 Ảnh hưởng của pH và nhiệt độ đến sự tạo thành IMO bằng đường hóa -gắn nhánh đồng thời 107Hình 3 25 Ảnh hưởng của thời gian phản ứng đến sự tạo thành IMO bằng đườnghóa - gắn nhánh đồng thời 110Hình 3 26 Quy trình sản xuất IMO từ tinh bột khoai lang bằng phương pháp đườnghóa ‚ gắn nhánh đồng thời 111

MỞ ĐẦU

1 Tính cấp thiết của luận án

Khoai lang là cây lương thực truyền thống đứng thứ tư sau lúa, ngô, sắn vàđứng thứ hai về giá trị kinh tế sau khoai tây ở Việt Nam [1] Khoai lang được chútrọng canh tác ở khắp mọi nơi trên cả nước từ đồng bằng đến miền núi, duyên hảimiền Trung và vùng đồng bằng sông Cửu Long Năm 2019, ước tính diện tích trồngkhoai lang khoảng 116,7 nghìn ha với sản lượng hơn 1,4 triệu tấn [2] Khoai langrất giàu protein, carbohydrate, polyphenol, carotenoid và ít chất béo, nó cũng lànguồn cung cấp chất chống oxy hóa tốt trong chế độ ăn hàng ngày [3] Phần lớnkhoai lang Việt Nam được trồng để thu hoạch củ dùng làm thực phẩm ăn tươi, phục

vụ xuất khẩu, chế biến thực phẩm và chế biến thức ăn gia súc Trong nghiên cứu vàứng dụng, tinh bột khoai lang khoai lang được sử dụng chủ yếu như một nguyênliệu sản xuất mì sợi và miến nhờ khả năng kết dính tốt và dễ dàng kết hợp với cácthành phần khác [4] Bên cạnh đó, nó còn có mặt trong các quy trình sản xuất tinhbột biến tính có khả năng kháng tiêu hóa hay còn gọi là tinh bột kháng (phần tinhbột không bị tiêu hóa bởi hệ enzyme amylase trong ruột non và được lên men bởi hệ

vi sinh vật trong ruột già) [5] Việc nâng cao giá trị kinh tế cho khoai lang vẫn còn

rất nhiều khả năng khai thác và cũng là bài toán cấp thiết cho một quốc gia pháttriển nông nghiệp như Việt Nam

Các sản phẩm thực phẩm chức năng có nguồn gốc từ tinh bột là một hướng đitiềm năng lớn do tinh bột là nguồn nguyên liệu giá thành thấp, dễ dàng sản xuất quy

mô lớn Dựa trên mục đích dinh dưỡng, tinh bột trong thực phẩm được phân loạithành tinh bột tiêu hóa nhanh (RDS), tinh bột tiêu hóa chậm (SDS) và tinh bộtkháng tiêu hóa (RS) Tinh bột tiêu hóa chậm (SDS) có khả năng giải phóng nănglượng một cách chậm hơn đáng kể so với tinh bột tự nhiên [6] nhờ biến tính cấutrúc thông qua phương pháp vật lý, hóa học, enzyme hoặc kết hợp của các phươngpháp Điển hình trong số đó là phương pháp sử dụng enzyme pullulanase khử nhánhkết hợp xử lý thoái hóa lặp lại mang lại hiệu suất tổng hợp SDS cao, an toàn chosức khỏe và thân thiện với môi trường Bên cạnh đó, isomaltooligosaccharides(IMO) vốn được biết đến là thành phần prebiotics [7], sản xuất từ tinh bột tự nhiênthông qua việc sử dụng kết hợp một số loại enzyme Tinh bột tiêu hóa chậm vàisomaltooligosaccharides đang được tập trung nghiên cứu, phát triển và sản xuất vớisản lượng lớn trên thế giới do những đặc tính quý báu mà nó mang lại [8] [9] Đặcbiệt với những bệnh nhân tiểu đường, béo phì, cholesterol cao và các bệnh liên quanđến đường ruột Cả hai với những giá trị to lớn đã được chứng minh giúp cải thiệnsức khỏe con người một cách an toàn và hiệu quả Trong công nghệ thực phẩm,SDS được bổ sung vào thực phẩm chế biến giàu tinh bột nhằm điều chỉnh lượngglucose giải phóng sau khi dung nạp vào cơ thể; IMO lại được thay thế như mộtđường chức năng trong nhiều đồ uống, các sản phẩm từ sữa, bánh kẹo,… mang lạinhiều lợi ích cho sức khỏe đường ruột, giảm năng lượng hấp thu mà không ảnhhưởng đến cảm quan sản phẩm Tuy nhiên, các công trình nghiên cứu trong nướcchưa quan tâm nhiều đến tạo ra SDS Bên cạnh đó, tại Việt nam, một công trình duynhất đã công bố nghiên cứu về quy trình sản xuất IMO từ tinh bột sắn của TS ĐỗTrọng Hưng năm 2012 [10] mới dừng lại ở xác định tổng IMO mà chưa phân định

được các IMO thành phần, ngoài ra chưa có công trình nào nghiên cứu về quy trìnhsản xuất IMO từ các loại tinh bột khác, cũng như từ tinh bột khoai lang nói riêng

Do đó, đề tài “Nghiên cứu quá trình thuỷ phân tinh bột khoai lang bằng

phương pháp enzyme tạo tinh bột tiêu hoá chậm và isomaltooligosaccharide nhằm ứng dụng trong thực phẩm” đã tiến hành nghiên cứu các đặc tính của tinh

bột các giống khoai lang Việt Nam và biến tính tinh bột khoai lang tạo SDS và IMOnhằm giúp các nhà khoa học và nhà sản xuất có định hướng nghiên cứu và sản xuấtứng dụng các sản phẩm này

2 Mục tiêu nghiên cứu

- Xác định đặc điểm hình thái, cấu trúc và tính chất lý hoá của tinh bột khoai langViệt Nam

- Nghiên cứu xác định phương pháp thu nhận tinh bột tiêu hóa chậm (SDS) từtinh bột khoai lang

- Nghiên cứu xác định phương pháp thu nhận isomaltooligosaccharide (IMO) từtinh bột khoai lang

- Đánh giá khả năng ứng dụng SDS và IMO trong sản xuất thực phẩm

3 Nội dung nghiên cứu

- Nghiên cứu đặc tính tinh bột khoai lang và khả năng thu hồi tinh bột của cácgiống khoai Việt Nam

- Nghiên cứu điều kiện thu nhận SDS và đặc tính của SDS thành phẩm

- Nghiên cứu điều kiện thu nhận IMO và đặc tính của IMO thành phẩm

- Ứng dụng SDS và IMO trong sản xuất thực phẩm

4 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của luận án

a) Ý nghĩa khoa học

- Kết quả có hệ thống về tính chất hóa lý của tinh bột khoai lang các giốngkhoai lang phổ biến ở Việt nam là đóng góp đáng tin cậy cho nguồn tư liệu khoahọc về các giống khoai lang Việt Nam

- Xác lập giải pháp công nghệ thu nhận tinh bột tiêu hóa chậm và

isomaltooligosaccharide từ tinh bột khoai lang Hoàng Long

- Kết quả nghiên cứu về tác động của các enzyme trong nghiên cứu sản xuấtIMO đã chỉ rõ hơn sự phân cắt và gắn nhánh trên mạch tinh bột khoai lang dưới tácdụng của enzyme tạo ra những sản phẩm tương ứng khác nhau, là tiền đề giúp cácnhà nghiên cứu và sản xuất đánh giá rõ hơn về sản phẩm này

- Kết quả nghiên cứu đã chỉ rõ kết hợp giữa enzyme và tác động nhiệt thấplàm thoái hóa tinh bột giúp làm tăng hàm lượng SDS từ tinh bột khoai lang

b) Ý nghĩa thực tiễn

- Nghiên cứu về tính chất lý hóa của tinh bột các giống khoai lang Việt Nam là

cơ sở giúp các nhà khoa học, nông nghiệp, sản xuất trong lựa chọn giống trồng trọt

và chế biến

- Tạo sản phẩm mới từ tinh bột khoai lang với các đặc tính có lợi sức khỏe,phù hợp với xu thế thị trường thế giới, và là giải pháp giúp nâng cao giá trị thươngmại cho khoai lang Việt Nam

- Kết quả nghiên cứu tạo IMO và SDS từ tinh bột khoai lang cùng các đặc tính

- Kết quả của nghiên cứu là có thể là tài liệu tham khảo cho giảng dạy, nghiêncứu, là cơ sở cho các thử nghiệm ứng dụng trong quy mô công nghiệp, từ đó đadạng hóa các con đường chế biến tạo thành phẩm có giá trị thương mại cao cho tinhbột khoai lang nói riêng và củ khoai lang tươi Việt Nam nói chung

5 Những điểm mới của luận án

- Luận án là công trình nghiên cứu đầy đủ về các tính chất lý hóa và cấu trúccủa tinh bột các giống khoai lang Việt nam, là cơ sở giúp các nhà khoa học, nôngnghiệp, sản xuất trong lựa chọn giống trồng trọt và chế biến

- Luận án là công trình đầu tiên tại Việt nam đã đưa ra giải pháp công nghệsản xuất tinh bột tiêu hóa chậm (SDS) sử dụng enzyme kết hợp thoái hóa, cụ thể làtinh bột khoai lang Đồng thời là công trình đầu tiên nghiên cứu về tính chất củaSDS tại Việt Nam

- Luận án là công trình đầu tiên đưa ra giải pháp công nghệ sản xuất IMO từtinh bột khoai lang tại Việt nam Hỗn hợp isomaltooligosaccharide sản phẩm đượctinh chế và định lượng dựa vào HPLC-RID mang lại kết quả có độ chính xác cao

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN TÀI LIỆU

1 1 Tổng quan về cây khoai lang

1 1 1 Nguồn gốc của cây khoai lang

Khoai lang có tên La tinh là Ipomoea batatas (L ) Lam, thuộc họ Covolvulus, chi Impomoea, loài Ipomoea batatas Theo hầu hết các nguồn tài liệu, cây hai lá

mầm này có nguồn gốc và sự thuần hóa từ Trung Mỹ hoặc Nam Mỹ cách đây ítnhất 5000 năm [11] Sau đó, khoai lang được đưa tới các vùng nhiệt đới, cận nhiệtđới khác trên thế giới và trở thành cây lương thực phổ biến ở các đảo của Thái BìnhDương [12] Tàn tích lịch sử của khoai lang được các nhà khảo cổ học tìm thấy ởPolynesia, do đó, giả thiết được đưa ra là người Polynesia cổ đại đã giao lưu vớinhững người ở bờ biển phía tây Nam Mỹ và mang khoai lang đến các đảo ở TháiBình Dương Vào khoảng thế kỷ 16, cây khoai lang được du nhập vào Philippines

và Indonesia thông qua người dân, khách du lịch từ Tây Ban Nha và Bồ Đào Nha[13] Và sau đó, tiếp tục được các thương nhân địa phương, du khách châu Âu phânphối sang phần còn lại của châu Á Tại Trung Quốc, nơi có diện tích cây trồng nàylớn nhất thế giới hiện nay, khoai lang được du nhập từ Philippines đến Phúc Kiếnnhư một loại cây lương thực vào khoảng năm 1387 [14] Khoai lang nhanh chónglan rộng khắp các nước châu Á, châu Mỹ La Tinh, châu Phi trong thế kỷ 17 và 18

do có khả năng thích nghi cao Hiện nay, khoai lang được trồng rộng rãi trên khắpcác vùng nhiệt đới và ôn đới ấm áp [15]

1 1 2 Đặc điểm hình thái cây khoai lang

Khoai lang thuộc nhóm thực vật hai lá mầm, là cây thân thảo lâu năm Thâncây có màu xanh lục hoặc tía, dài 1,2 đến 8 mét tùy thuộc vào giống cây trồng Cây

có hoa màu trắng hoặc tím, lá hình trái tim hoặc hình thùy xen kẽ nhau Một số rễcủa chúng là củ giàu tinh bột và đường, đây là bộ phận quan trọng nhất của cây[13]

Củ khoai lang có hình dạng và màu sắc khác nhau: dài và thon, hình trứng hoặctròn, tùy thuộc vào giống được trồng, vỏ nhẵn có màu vàng, cam, đỏ, nâu, tím vàtrắng Thịt củ có màu từ trắng đến kem nhạt, đỏ, hồng, tím, vàng, cam và tím (Hình

1 1) [13]

1 1 3 Giá trị dinh dưỡng của khoai lang

Khoai lang là cây trồng tiềm năng giúp ngăn ngừa và giảm thiểu tình trạng mất

an ninh lương thực, thiếu dinh dưỡng ở các nước đang phát triển và kém phát triểnnhờ có thành phần dinh dưỡng phong phú Củ khoai lang rất giàu tinh bột, protein,chất xơ, lipid, polyphenol, carotenoid, vitamin (B1, B2, B3, B5, B6, H, C, E) và cácnguyên tố khoáng (P, K, Ca, Mg, Fe, Zn, Na, Cu) (Bảng 1 1) Thành phần dinhdưỡng của khoai lang thay đổi rất nhiều tùy thuộc vào yếu tố di truyền và điều kiệnnuôi trồng

Carbohydrate là thành phần dinh dưỡng chính, chiếm 80 ‚ 90% chất khô trong

củ khoai lang, bao gồm tinh bột, cellulose, hemicellulose, pectin và đường Trong

đó, tinh bột chiếm 60 ‚ 70% khối lượng khô, hoặc thấp hơn đáng kể [19] Hàmlượng tinh bột biến đổi tùy thuộc vào điều kiện trồng trọt cũng như đặc tính giốngcây [20] Bên cạnh đó, tinh bột khoai lang cũng là nguyên liệu phổ biến cho các quátrình biến tính vật lý và hóa học nhằm cải thiện đặc tính hóa lý và khả năng khángenzyme tiêu hóa trong cơ thể con người, biến tinh bột khoai trở thành chất phụ giachức năng được sử dụng rộng rãi trong thực phẩm [21], [22]

Bảng 1 1 Thành phần dinh dưỡng của khoai lang (tính trên 100 g củ khoai lang) [23]

Trong củ khoai lang tươi, thành phần đường chủ yếu là saccarose, glucose vàfructose Trong đó, thành phần lớn nhất là saccarose, tiếp theo là glucose vàfructose với tổng hàm lượng dao động trong khoảng 0,38% đến 5,64% [24] Tuynhiên, sau khi luộc hoặc nướng củ, tinh bột được thủy phân thành maltose, tạo nênhương vị ngọt ngào cho củ đã nấu chín [25]

Các polysaccharide phi tinh bột hay chất xơ khoai lang bao gồm cellulose,hemicellulose và pectin Phân tích bột khoai lang cho thấy hỗn hợp chứa 49,7% chất

xơ, trong đó, pectin chiếm 39,5%, cellulose 33,6%, hemicellulose 23,4% và lignin3,5% [26] Chất xơ thực phẩm với rất nhiều lợi ích cho sức khỏe đường ruột, gópphần phòng ngừa ung thư ruột kết, tiểu đường, bệnh tim và tình trạng béo phì Do

đó, khoai lang được xem như một thực phẩm giúp tăng cường sức khỏe con người[15]

Phần lớn protein dự trữ trong khoai lang là sporamin, chiếm 75‚80% tổnglượng protein trong củ [27] và rất giàu axit amin thiết yếu Do đó, protein khoailang được cho là có chất lượng tương đồng với các protein thực vật chất lượng caokhác [28] Các kết quả về thành phần protein được nghiên cứu và báo cáo có hàmlượng axit amin trong 100 g protein thay đổi đáng kể [30] Nguyên nhân được đưa

ra bên cạnh sự khác nhau về giống cây trồng là tập quán canh tác và ảnh hưởng củamôi trường cũng tác động đến hàm lượng protein trong khoai lang [31]

Polyphenol là nhóm các hợp chất có hoạt tính sinh học, bảo vệ cơ thể con ngườikhỏi quá trình oxy hóa đã được chứng minh là nguồn gốc gây ra bệnh tật như ungthư, lão hóa và các vấn đề tim mạch Trong khoai lang, hàm lượng polyphenol cao

thấy trong củ khoai lang chủ yếu bao gồm anthocyanin, rutin và quercetin, một số

được tìm thấy trong ngọn cây khoai lang như glycosid quercetin Axit phenolic

trong khoai lang bao gồm hỗn hợp axit caffeic và các dẫn xuất của axit

caffeoylquinic, thường có mặt ở lá, cuống lá, thân và củ khoai lang [33], [34]

Củ khoai lang rất giàu carotenoid, vitamin C và lượng vừa phải thiamin (B1),

riboflavin (B2) và axit pantothenic [15] Hàm lượng carotenoid quyết định màu sắc

thịt củ khoai lang như trắng, kem, cam nhạt và cam đậm Khoảng 90% carotenoid

trong khoai lang ruột cam là β-caroten [35] Carotenoid trong khoai lang có vai trò

chống oxy hóa tốt và được sử dụng như một giải pháp khi thiếu hụt vitamin A

1 1 4 Tình hình sản xuất và tiêu thụ khoai lang

Khoai lang là cây lương thực quan trọng đứng thứ bảy trên thế giới sau lúa, lúa

mì, khoai tây, ngô, s ắn và đứ ng th ứ năm ở các nước đang phát triể n [36] Theo s ố

liệ u th ố ng kê c ủa FAO năm 2019 [2], di ệ n tích tr ồ ng khoai lang trên th ế giới đạ t7,768 tri ệu ha; năng suấ t bình quân 11,82 t ấ n/ha và t ổng s ản lượng đạ t 91,82 tri ệ utấn vào năm 2019 (Hình 1 2)

Hình 1 2 Sản lượng khoai lang tại các châu lục trên thế giới năm 2019

Mặc dù nguồn gốc khoai lang xuất phát từ Châu Mỹ Latinh, nhưng châu Á hiện

là khu v ự c s ả n xu ấ t khoai lang l ớn nh ấ t trên th ế giới, v ới kho ả ng 60 tri ệ u t ấn được

sả n xu ất hàng năm Trung Quốc là quốc gia s ả n xu ấ t và nhà tiêu th ụ khoai lang l ớn

nh ấ t th ế giới ( đạ t sản lượng 52 tri ệ u t ấ n vào năm 2019), với m ục đích sử dụng làmthự c ph ẩ m, th ức ăn gia súc và chế biế n (tinh b ột và các s ả n ph ẩ m khác) Bên c ạ nh

đó, m ang t ầ m là m ộ t lo ại cây lương thự c quan tr ọng, di ệ n tích và s ản lượng khoaiđang tăng lên nhanh chóng ở một s ố nơi trên thế giới Ở châu Phi, c ậ n Sahara, khoailang đang vượ t xa t ốc độ tăng trưởng c ủa các m ặ t hàng ch ủ lự c khác

Ở Việt Nam, khoai lang là cây lương thực truyền thống đứng thứ tư sau lúa,

ngô, sắn và đứng thứ hai về giá trị kinh tế sau khoai tây [1] Khoai lang được chú

trọng canh tác ở khắp mọi nơi trên cả nước từ đồng bằng đến miền núi, duyên hải

miền Trung và vùng đồng bằng sông Cửu Long Năm 2019, ước tính diện tích trồng

khoai lang khoảng 116,7 nghìn ha với sản lượng hơn 1,4 triệu tấn [2] Ở Việt Namhiện nay, khoai lang chủ yếu được trồng để thu hoạch củ dùng làm thực phẩm ăn

tươi, phục vụ xuất khẩu, chế biến thực phẩm (như tinh bột) và chế biến thức ăn giasúc

Tương tự, ở các nước khác trên thế giới, khoai lang được sử dụng rộng rãi vớimục đích làm lương thực, thực phẩm, làm rau cho người, làm thức ăn cho gia súc vàchế biến thành nhiều sản phẩm khác nhau trong ngành công nghiệp thực phẩm

Theo số liệu thống kê của Tổ chức Lương thực - Nông nghiệp thế giới (FAO) thì củkhoai lang trên thế giới được sử dụng với các mục đích như sau: chế biến lương

thực chiếm 77%; thức ăn gia súc chiếm 13%; làm nguyên liệu chế biến chiếm 3%

và số bị thải loại, bỏ đi chiếm 6%

Hiện nay, ngành công nghiệp thực phẩm đang phát triển mạnh trên thế giới,

trên thị trường đã xuất hiện nhiều sản phẩm thực phẩm từ khoai lang rất đa dạng vàphong phú như: khoai lang nghiền nhừ (pure), mứt ướt, khoai lang chiên, khoai langsấy, pha chế với bột mỳ để chế biến bánh mỳ, bánh ngọt, bánh xốp, bánh quy, mỳ

sợi, …[37] Tuy nhiên, trên thị trường Việt Nam hiện nay, các sản phẩm thực phẩm

từ khoai lang chưa được đa dạng và phong phú

1 1 5 Một số giống khoai phổ biến ở Việt Nam

(1) Khoai lang Hoàng Long

Khoai lang Hoàng Long là giống nhập nội từ Trung Quốc có tên là Tương bần

số 59 Năm 1960, KS Quách Ngọc Ân - Cục Tr ồng tr ọt đã khả o nghi ệ m t ạ i huy ệ nHoàng Long (nay là huy ệ n Gia Vi ễ n và huy ệ n Nho Quan), Ninh Bình Cho đế n nay,

do s ở hữ u nhi ều đặ c tính quý, khoai lang Hoàng Long đang được tr ồng ph ổ biế n ởnhiề u vùng s ả n xu ấ t trên c ả nước

Đặc điểm thực vật: khoai lang Hoàng Long có thân dài, bò trải, màu tím; lá

hình tim, màu xanh, lá ng ọ n có màu xanh tím; v ỏ c ủ màu h ồng nh ạ t, ru ột c ủ màuvàng, b ở Th ời gian sinh trưởng: V ụ Xuân 100 - 120 ngày, v ụ Đông 90 đế n 100ngày Năng suất trung bình đạ t 10 - 12 t ấ n/ha, thích h ợp v ới đấ t pha cát nh ẹ C ủkhoai lang Hoàng Long ch ứa hàm lượng ch ất khô đạt 29,22%; hàm lượng tinh b ộ t

đạ t 25,10%; hàm lượng đường tổng s ố đạ t 21,67% (Hình 1 3) [38]

Giống Hoàng Long cho tỷ lệ củ thương phẩm cao Tuy nhiên khả năng chịu rétkém, hay b ị sùng hà [39]

(2) Khoai lang Hưng Lộc 4 (HL4)

HL4 là giống khoai lang phổ biến ở vùng Đông Nam Bộ, có nguồn gốc Việt

Nam HL4 được ch ọn l ọc t ừ tổ hợp lai 3 (G ạo x Bí Đà Lạ t) x Tai Nung 57 bởi

Trung tâm Nghiên c ứ u Nông nghi ệp Hưng Lộc, Vi ệ n Khoa h ọ c K ỹ thu ậ t Nôngnghiệ p Miề n Nam [39]

Bộ Nông nghiệp và PTNT công nhận giống năm 1987 Thời gian sinh trưởng

vụ Xuân 85 - 95 ngày; v ụ H è Thu và Thu Đông 90 đế n 95 ngày; v ụ Đông 80 đế n 90ngày Năng suấ t c ủ tươi 18 ‚ 33 t ấ n/ ha, thâm canh có th ể đạ t 230 t ạ /ha Gi ống HL4

màu xanh, gân trên màu xanh, gân dướ i màu tím T ỷ lệ chấ t khô c ủ đạ t 27-30%,

ch ất lượng c ủ luộ c khá, v ỏ c ủ màu đỏ, th ịt c ủ màu cam đậ m, d ạ ng c ủ đẹ p, dây xanh

ph ủ luống g ọ n, m ức độ nhiễ m sùng hà trung bình, nhi ễ m nh ẹ sâu đục dây (Hình

1 3) [40]

(3) Khoai lang Nhật đỏ (HL518)

Giống HL518 do Trung tâm Nghiên cứu Thực nghiệm Nông nghiệp Hưng Lộc

chọn tạo và giới thiệu từ tổ hợp Kokey 14 polycross nguồn gốc Nhật Bản =

CIP92031 = HL518 Giống đã được Bộ Nông nghiệp và Phát triển Nông thôn công

nhận giống năm 1997 Hiện giống được sản xuất phổ biến ở các tỉnh phía Nam và

có mặt nhiều tại các siêu thị

Thời gian sinh trưởng của giống HL518 thường khoảng 95 đến 110 ngày Năngsuất củ tươi đạt 17-32 tấn/ha, tỷ lệ chất khô 27-30%, chất lượng củ luộc ngon, vỏ củmàu đỏ đậm, thịt củ màu cam đậm, dạng củ đều đẹp, dây xanh tím, nhiễm nhẹ sùng,

hà và sâu đục dây (Hình 1 3) [40]

(4) Khoai lang Nhật vàng (Kokey 14)

Giống Kokey 14 có nguồn gốc Nhật Bản do Trung tâm Nghiên cứu Thực

nghiệm Nông nghiệp Hưng Lộc nhập nội năm 1997 từ Công ty FSA Giống được

tuyển chọn và giới thiệu năm 2002, hiện là giống phổ biến trong sản xuất ở các tỉnh

Nam Bộ

Thời gian sinh trưởng của giống Nhật vàng trung bình 110 đến 120 ngày Năngsuất củ tươi 15 - 34 tấn/ha; tỷ lệ chất khô 29 - 31%, chất lượng củ luộc ngon, vỏ củ

màu đỏ, thịt củ màu vàng cam, dạng củ đều đẹp, dây xanh, nhiễm nhẹ sùng (Cylas

formicariu), sâu đục dây (Omphisia anastoMOalis), virus xoăn lá (feathery mottle

virus), bệnh đốm lá (Cercospora sp), bệnh ghẻ (scab) và hà khoai lang

(Condorus sp) (Hình 1 3) [40]

(5) Khoai lang Nhật tím (HL491)

Giống HL491 do Trung tâm Nghiên cứu Thực nghiệm Nông nghiệp Hưng Lộc

ch ọn t ạ o và gi ớ i thi ệ u t ừ tổ hợp Murasa Kimasari polycross ngu ồ n g ốc Nhậ t B ả nCN76-2 CIP/AVRDC Giống đã được B ộ Nông nghi ệ p và Phát tri ể n Nông thôn

công nhậ n gi ống năm 1997 và hi ện nay được tr ồng phổ biế n ở các t ỉnh phía Nam Giống khoai Nhật tím có thời gian sinh trưởng 95 đến 110 ngày Năng suất củ

tươi: 15 -27 t ấ n/ha, t ỷ l ệ chấ t khô 27- 31%, chất lượng c ủ lu ộc khá, v ỏ c ủ màu tía,thịt c ủ màu tím đậ m, d ạ ng c ủ đều đẹ p, dây xanh tím, nhi ễ m nh ẹ sùng, hà và sâu đụcdây (Hình 1 3) [40]

(6) Khoai lang Nhật tím 1 (Murasa Kimasari)

Giống Murasa Kimasari có nguồn gốc Nhật Bản, do Trung tâm Nghiên cứu

Thực nghiệm Nông nghiệp Hưng Lộc nhập nội năm 1994 từ Công ty FSA Giống

tuyển chọn và giới thiệu năm 2002, hiện được trồng ở vùng đồng bằng sông Cửu

Long

Thời gian sinh trưởng nằm trong khoảng 105 đến 110 ngày Năng suất củ tươi:

10 - 22 tấ n/ha , tỷ lệ chất khô 27-30%, chất lượng củ luộc khá ngon, vỏ củ màu tím

sẫm, thịt củ màu tím đậm, dạng củ đều đẹp, dây tím xanh, nhiễm nhẹ sùng và sâu

đục dây (Hình 1 3) [40]

(7) Khoai lang Nhật trắng (HL284)

HL284 thuộc nhóm giống khoai lang tỷ lệ chất khô cao, nhiều bột Nguồn gốc

AVRDC (Đài Loan) /Nhật Bản Giống do Trung tâm Nghiên cứu Thực nghiệm

Nông nghiệp Hưng Lộc nhập nội, tuyển chọn và đề nghị khảo nghiệm năm 2000

Thời gian sinh trưởng 90-105 ngày Năng suất củ tươi 18 ‚ 29 tấn/ ha, tỷ lệ chất khô

28-31%, chất lượng củ luộc khá, độ bột nhiều hơn độ dẻo, vỏ củ màu trắng, thịt củ

màu trắng kem, dạng củ đều, dây xanh, nhiễm sùng và sâu đục dây trung bình (Hình

1 3) [40]

(8) Khoai lang KB1

KB1 là giống khoai lang hiện đang phát triển ở vùng đồng bằng sông Hồng

Được chọn lọc từ tổ hợp lai tự nhiên của giống mẹ Regal có nguồn gốc từ Mỹ do

Viện Cây Lương thự c Cây Th ự c ph ẩ m tuy ể n ch ọn và gi ới thi ệ u B ộ Nông nghi ệ p vàPTNT đã công nhậ n gi ống năm 2002 Khoai lang KB1 có thời gian sinh trưởng 100

- 130 ngày, năng suấ t c ủ tươi 22 ‚ 32 t ấ n/ha, t ỷ lệ chấ t khô 27-29% Ch ất lượng c ủtương đương Hoàng Long, vỏ c ủ màu h ồ ng cam, th ịt c ủ màu cam đậ m, d ạ ng c ủ hơitròn, dây xanh, ng ọ n tím, nhi ễm sùng và sâu đục dây trung bình (Hình 1 3) [39]

Hình 1 3 : Các giống khoai lang phổ biến được tại Việt Nam (a Khoai lang Hoàng Long; b Khoai lang Hưng Lộc 4; c Khoai lang Nhật đỏ; d Khoai

lang Nhật tím; e Khoai lang Nhật trắng; f Khoai lang KB1)

1 2 Tổng quan về tinh bột khoai lang

1 2 1 Hình dạng và kích thước của hạt tinh bột khoai lang

Tinh bột khoai lang có hình đa giác hoặc hình tròn, một phần hình bầu dục và

hình chuông, với kích thước nằm trong khoảng 2 - 42 µm, một số tinh bột khoai

lang Pháp có kích thước nằm trong khoảng 4 - 40 µm, trong khi một số giống Hàn

Quốc có kích thước 14 - 30 µm [41] Hình dạng tinh bột một số giống khoai Việt

Nam được quan sát bởi nhóm tác giả Bảo Ngọc cùng cộng sự (2017) [5] có hình

tròn và hình đa giác, với kích thước nhỏ hơn 50 µm (Hình 1 4)

Hình 1 4 Hình ảnh SEM của tinh bột một số giống khoai lang Việt Nam WSPS: tinh bột khoai lang trắng, YSPS: tinh bột khoai lang vàng và PSPS: tinh bột khoai lang tím [5]

Các loại tinh bột khoai lang khác nhau có kích thước hạt khác nhau, và kích

thước hạt của chúng cũng tăng dần theo sự phát triển và trưởng thành của cây khoailang [42] Ngoài ra, độ trương nở, độ hòa tan và khả năng tiêu hóa cũng bị ảnh

hưởng bởi kích thước hạt tinh bột khoai lang Các hạt tinh bột lớn có khả năng

trương nở và độ hòa tan lớn hơn, tuy nhiên khả năng tiêu hóa giảm đáng kể [43]

1 2 2 Cấu trúc của tinh bột khoai lang

Hạt tinh bột có đặc tính lưỡng chiết được quan sát dưới kính hiển vi phân cực,

cho thấy sự có mặt của cấu trúc tinh thể và sự sắp xếp xuyên tâm của các phân tử

trong hạt tinh bột [44] Tinh bột có cấu trúc bán tinh thể, bao gồm hai phần kết tinh

và vô định hình Vùng vô định hình tương ứng với vùng điểm nhánh của phân tử

amylopectin, trong khi vùng tinh thể được tạo thành từ cụm các chuỗi amylopectin

(Hình 1 5) [45] Các cụm amylopectin này (vùng tinh thể) được hình thành nhờ

tương tác xoắn kép giữa các chuỗi mạch nhánh amylopectin liền kề và hình thành

tính chất bán tinh thể của hạt tinh bột Thêm vào đó, amylose chủ yếu tạo nên các

vùng vô định hình được phân bố ngẫu nhiên giữa các nhóm amylopectin Lớp vô

định hình phân tách các tinh thể với nhau [46]

Hạt tinh bột bao gồm hai polysaccharide chính là amylose và amylopectin Cảhai được cấu tạo từ chuỗi gốc D-glucose liên kết α- 1,4 glycosidic, chúng liên kết

với nhau thông qua liên kết α- 1,6 glycosidic và hình thành các nhánh trong phân tửpolyme [47] Trong đó, amylopectin là một phân tử phân nhánh lớn và là thành

phần chính trong hầu hết các loại tinh bột (chiếm khoảng 70 - 80%) Tỷ lệ phần

trăm của liên kết α- 1,6 glycosidic trong amylopectin khoảng 4‚6% [48] Amylose

chiếm phần nhỏ trong các hạt tinh bột, được định nghĩa là một phân tử tuyến tính

của α- D- glucose liên kết α- 1,4 glycosidic, một số điểm trên mạch amylose có

chứa nhánh với tỷ lệ thấp liên kết α- 1,6 glycosidic thấp (nhỏ hơn 1%) Sự hiện diệncủa các nhánh không làm thay đổi tính chất của chuỗi amylose so với chuỗi

amylose tuyến tính nghiêm ngặt [49]

Dựa trên phân tích nhiễu xạ tia X, tinh bột tự nhiên được phân loại thành 3 loại

A, B và C thể hiện sự khác biệt về cách sắp xếp và chiều dài của các chuỗi

amylopectin Tinh bột khoai lang thường được phát hiện với cấu trúc loại A và một

số thuộc loại C [50] Mạch nhánh phân tử amylopectin ngắn có mặt nhiều trong tinh

bột loại A, ngược lại, mạch nhánh amylopectin dài ưu tiên hình thành các cấu trúckiểu B [51] Các tinh bột có kiểu tinh thể A dễ bị tấn công bởi enzyme α-amylasehơn so với kiểu tinh thể B [52]

Hình 1 5 Cấu trúc kiểu A và kiểu B của tinh bột

(1) Amylose

Các phân tử amylose bao gồm các chuỗi đơn với 500 đến 20000 đơn vị

glucose, rất ít nhánh và các nhóm photphate liên kết được tìm thấy [53] Hàm lượngcủa amylose có tác động lớn tới tính chất hóa lý và khả năng ứng dụng của tinh bột[54] Phần lớn amylose thuộc phần vô định hình trong hạt và tương tác với cácchuỗi amylopectin làm hạn chế quá trình trương nở Trong quá trình làm nguội hồtinh bột, amylose trong dịch nhanh chóng bị kết tụ lại bằng liên kết hydro Quá trìnhtái liên kết của amylose gây ra độ nhớt và thoái hóa ngắn hạn [54] Hàm lượngamylose cũng có liên quan tới độ nhạy của enzyme, thông số hồ hóa và nhiệt, cũngnhư tính chất trương nở và hòa tan của tinh bột khoai lang [58]

Hình 1 6 Một đoạn trisaccharide của phân tử amylose

Mức độ trùng hợp của amylose trong tinh bột khoai lang trong khoảng 3025đến 4100 [54] Có nhiều nghiên cứu về trọng lượng phân tử của amylose trong tinhbột khoai lang Theo đó, trọng lượng phân tử trung bình của amylose tinh bột khoailang Uganda dao động từ 367 000 đến 521 000 [58]), tinh bột khoai lang Indonesia

(2) Amylopectin

Trọng lượng phân tử của amylopectin khoai lang khoảng 1,77 108 Độ trùng

hợp (DP) trung bình là 9900, trong đó DP của amylopectin lớn, trung bình và nhỏ

được ước tính lần lượt là 19200, 5400 và 900 [60] Cấu trúc amylopectin phức tạp

hơn nhiều so với amylose do chứa từ 4% đến 5% α- 1,6 glycosidic hình thành các

nhánh trong phân tử Cấu trúc amylopectin được phân loại thành ba loại chuỗi mạchđược ký hiệu là A, B và C với các đặc điểm xác định được thể hiện trên Hình 1 7

Đầu khử của chuỗi A liên kết với chuỗi B hoặc C thông qua liên kết α-1,6

glycosidic; chuỗi B liên kết với một hoặc nhiều chuỗi A, đầu khử của chuỗi B liên

kết với chuỗi C thông qua liên kết α- 1,6 glycosidic; C là chuỗi mạch chính chứa

nhóm khử duy nhất [41]

Amylopectin trong khoai lang có chiều dài trung bình từ 6 đến 45 gốc glucose

trong một chuỗi nhánh Trong đó, chiều dài chuỗi trung bình từ 6 đến 10, từ 11 đến

15, từ 16 đến 20, từ 21 đến 30 và từ 30 đến 45 đơn vị glucose có tỷ lệ tương ứng là

12,4% - 15,2%, 33,2% - 33,8%, 22,9% - 24,6%, 21,1% - 23,0% và 6,3% - 7,1%

[58]

Hình 1 7 Cấu trúc amylopectin (A) Cấu trúc chung của amylopectin; (B) vùng vô định hình và kết tinh của cấu trúc amylopectin; (C) định hướng của các phân tử amylopectin trong mặt cắt ngang của một hạt lý tưởng hóa; (D) cấu trúc xoắn kép tạo vùng kết tinh trong hạt tinh bột

1 2 3 Tính chất của tinh bột khoai lang

(1) Tính hòa tan

Tinh bột ở điều kiện thường không tan trong nước, do vậy, nó tồn tại lượng lớntrong tế bào mà không ảnh hưởng tới áp suất thẩm thẩu Amylose khi mới tách ra

khỏi hạt tinh bột có khả năng hòa tan tốt trong nước Amylopectin có thể tan trongnước ấm Khi phân tán trong môi trường cồn, tinh bột bị kết tủa [61]

Khả năng hòa tan trong nước của tinh bột khoai lang nằm trong khoảng từ 1,5%đến 13,65% với nhiệt độ 85°C [55], [62], [63] Khả năng hòa tan của một số tinhbột khoai lang thương mại được sản xuất ở Peru đạt 28% [64] Nhìn chung, tinh bộtkhoai lang có khả năng hòa tan thấp hơn tinh bột khoai tây và sắn khi cùng điềukiện nhiệt độ từ 60 đến 90oC [65] [43] Khả năng hòa tan thấp hơn được giải thích

do kích thước các hạt tinh bột khoai lang nhỏ hơn, liên kết trong hạt mạnh và phân

tử chứa ít nhóm photphat hơn Hàm lượng photpho nhỏ (0,02%) và chủ yếu ở dạngmonoester photphat (0,02%) trong tinh bột khoai lang cũng ảnh hưởng đến tính chấthóa lý và chức năng khác của tinh bột khoai lang [66]

Khi nhiệt độ tăng, khả năng hòa tan của tinh bột cũng tăng Ở các khoảng nhiệt

độ nằm dưới 60oC, độ hòa tan của tinh bột từ khoai lang từ các giống khác nhau làkhác nhau nhưng không có sự khác biệt đáng kể Tuy nhiên, khi nhiệt độ cao hơn

60oC, độ hòa tan có sự khác biệt rõ rệt [67]

Khả năng trương nở của tinh bột khoai lang kém hơn so với tinh bột khoai tây

và sắn, khoảng 32,5 đến 50 ml/g, cho thấy lực nội phân tử khá mạnh [68] Độ

trương nở là khác nhau đối với tinh bột từ các giống khoai lang khác nhau và đốivới tinh bột có cùng giống nhưng ở các điều kiện nhiệt độ khác nhau [62]

Độ trương nở của tinh bột khoai lang bị ảnh hưởng bởi khối lượng phân tử vàhình dạng phân tử của amylopectin Càng nhiều amylopectin có chuỗi nhánh từ 6đến 9 gốc glucose thì khả năng trương nở của hạt tinh bột càng lớn, trong khi càngnhiều amylopectin có chuối nhánh từ 12 đến 22 gốc glucose thì khả năng trương nởcàng nhỏ [67] Ngược lại, phân tử amylose và lipid lại có xu hướng làm chậm quátrình trương nở này [69]

(3) Sự hồ hóa

Khi đun nóng trong điều kiện có nước, tinh bột hấp thụ nước và trương nở Ởđiều kiện nhiệt độ dưới nhiệt độ hồ hóa, quá trình này là thuận nghịch nhờ cấu trúcbán tinh thể ổn định, độ hút nước thường nhỏ hơn 40% Tiếp tục đun nóng, quátrình hấp thụ nước tiếp tục diễn ra, dẫn đến phá vỡ cấu trúc hạt và làm rối loạn tổchức các chuỗi Sự thay đổi này là bất thuận nghịch và được gọi là “hồ hóa” [41] Hàm lượng nước, tỷ lệ giữa amylose và amylopectin, cấu trúc của amylose vàamylopectin, sự có mặt của thành phần phụ (ví dụ: photpho và chất béo), môi

trường (ví dụ: áp suất, tốc độ gia nhiệt) cũng ảnh hưởng lớn đến những thay đổi vật

lý của tinh bột trong quá trình gia nhiệt [54], [70] Các yếu tố môi trường như nhiệt

hóa càng cao) [71], [72] Nhiệt độ hồ hóa của tinh bột khoai lang trong khoảng 58đến 84°C [57]

Enthalpy hồ hóa của tinh bột khoai lang có liên quan đến thành phần

amylopectin, liên kết nội phân tử, gen di truyền và các yếu tố môi trường Giá trịenthalpy của tinh bột khoai lang nằm trong khoảng từ 7,8 đến 15,5 J/g Amylopectincủa khoai lang là thành phần chính trong vùng kết tinh của tinh bột, hàm lượngamylopectin càng cao thì enthalpy càng lớn [59] Enthalpy hồ hóa cũng bị ảnhhưởng đáng kể bởi các giống khác nhau và các điều kiện trồng khác nhau [73] Ngoài ra, enthalpy hồ hóa của tinh bột từ khoai lang trong thời kỳ đầu sinh trưởngthấp, từ 11,8 đến 13,4 J/g [42], trong khi hoãn ngày thu hoạch lại làm tăng enthalpy

hồ hóa của tinh bột khoai lang

(4) Độ trong của hồ tinh bột

Tinh bột hồ hóa thường có một độ trong nhất định, làm tăng giá trị cảm quancủa thực phẩm Sau quá trình hồ hóa cho thấy tinh bột nếp các loại cho độ trong caohơn so với các giống tẻ Độ trong của hồ tinh bột được thể hiện thông qua tỷ lệ ánhsáng ở bước sóng 650 nm truyền qua dịch hồ tinh bột 1%, phụ thuộc vào thành phần

và cấu trúc của chúng [74]

(5) Khả năng tạo gel

Sau khi hồ hóa tinh bột và để nguội, các phân tử sẽ tương tác nhau và sắp xếpmột cách có trật tự, tạo thành gel tinh bột với cấu trúc mạng 3 chiều Để tạo đượcgel thì dung dịch tinh bột phải có nồng độ nhất định, chuyển tinh bột thành trạngthái hòa tan bằng hồ hóa và sau đó để nguội ở trạng thái tĩnh Gel tinh bột chứa cácliên kết hydro nối trực tiếp các mạch polyglucoside hoặc gián tiếp qua phân tửnước Khác biệt trong cấu trúc phân tử tinh bột như độ trùng hợp trung bình (DP)của amylose, chiều dài mạch nhánh (CL) trung bình của amylopectin là những yếu

tố chính dẫn đến sự khác nhau trong kết cấu và các đặc tính cơ học của gel Tinh bộtkhoai lang nhìn chung có gel cứng hơn và độ dính cao hơn tinh bột dền nhưng mềmhơn tinh bột khoai tây [55]

(6) Sự thoái hóa gel

Sự thoái hóa gel là quá trình liên kết và sắp xếp lại trật tự của AM và AP trongtinh bột hồ hóa thông qua liên kết hydro [70] Trong thời gian bảo quản, quá trìnhthoái hóa trước tiên xảy ra do sự định hướng lại các phân tử amylose thành cácđường thẳng song song Nếu tiếp tục kéo dài thời gian bảo quản, các nhánh ngoàicủa amylopectin cũng dần chuyển sang trạng thái tái kết tinh Amylopectin tái kếttinh trong gel có thể được hồ hóa lại ở 55°C, trong khi đối với amylose sau thoáihóa, nhiệt độ hồ hóa lại lên tới 130°C [75]

Tính chất thoái hóa của tinh bột bị tác động chính bởi nồng độ amylose vàamylopectin trong tinh bột Hàm lượng amylose và lipid trong tinh bột khoai langtương đối thấp, do đó tinh bột khoai lang cho thấy tỷ lệ thoái hóa từ thấp đến trungbình [76] Tốc độ thoái hóa và mức độ thoái hóa của tinh bột khoai lang tăng khihàm lượng amylose tăng lên Sự gia tăng chuỗi nhánh amylopectin chứa 12-14 đơn

vị glucose làm tốc độ thoái hóa tăng, trong khi sự gia tăng chuỗi nhánh ngắn (9-11

đơn vị glucose/chuỗi) làm tốc độ thoái hóa lại giảm đáng kể [59]

Hình 1 8: Giản đồ biểu diễn những thay đổi xảy ra trong hỗn hợp tinh bột và nước trong

quá trình đun nóng, làm lạnh và bảo quản (I) Hạt tinh bột tự nhiên; (II) Hồ hóa, bao gồm sự trương nở [a] và rửa trôi amylose và phá vỡ một phần hạt [b], dẫn đến sự hình thành hồ tinh bột; (III) Thoái hóa: hình thành mạng lưới amylose (tạo gel) trong quá trình làm nguội hồ tinh bột [a] và hình thành các phân tử amylopectin có trật tự hoặc tinh thể (thoái hóa amylopectin) trong quá trình bảo

quản [b]

Bên cạnh đó, amylose trong tinh bột khoai lang được cho rằng chứa nhiều

nhánh hơn so với sắn, khoai tây, lúa mì, ngô và có trọng lượng phân tử cao hơn ngô,lúa mì, sắn nhưng nhỏ hơn khoai tây Đây là lý do dẫn đến sự thoái hóa chậm hơn

của amylose tinh bột khoai lang [57] Takeda và cộng sự (1987) [77] cũng phát hiện70% amylose tinh bột khoai lang có phân nhánh so với 42% trong tinh bột sắn và

27% trong tinh bột lúa mì Thoái hóa gel thường được kích thích bởi nồng độ tinh

bột cao, nhiệt độ bảo quản thấp và giá trị pH từ 5 đến 7 Các muối của anion và

cation hóa trị một có thể làm chậm quá trình thoái hóa [78]

(7) Phản ứng thủy phân

Tinh bột có thể bị thủy phân bởi tác nhân hóa học hoặc enzyme hoặc đồng thời

cả hai Quá trình thủy phân hóa học thường diễn ra khi đun nóng tinh bột với sự có

mặt của nước hoặc axit clohydric loãng Quá trình thủy phân bằng enzyme thường

sử dụng α-amylase, β- amylase, ngoài ra còn có γ- amylase và các enzyme khử

nhánh Đây cũng là quá trình thường xảy ra trong đường tiêu hóa khi tiêu hóa tinh

bột [79]

Sản phẩm của quá trình thủy phân tinh bột bao gồm dextrin hoặc maltodextrin,maltose và glucose Khả năng thủy phân của tinh bột bị ảnh hưởng bởi sự tương táccủa nhiều yếu tố như nguồn tinh bột, kích thước hạt, tỷ lệ amylose và amylopectin,

độ kết tinh, loại tinh thể (A, B, C), phức chất amylose-lipid, loại enzyme và điềukiện thủy phân (nồng độ, pH, nhiệt độ và thời gian) [82]

Bouwkamp (1985) [82] đã báo cáo mối tương quan nghịch giữa kích thước hạtcủa các giống khoai lang và khả năng thủy phân với α-amylase và axit Khoai lang

và ngô đều chứa lượng lớn tinh bột kháng axit, tuy nhiên, trong tinh bột khoai lang,

nó được thủy phân với tốc độ nhanh hơn so với các tinh bột khác

Các loại tinh bột có bề mặt xốp, như tinh bột ngô, dễ bị thủy phân hơn so vớicác loại có bề mặt nhẵn như tinh bột sắn [83] Các hạt có đường kính nhỏ dễ bị ảnhhưởng bởi các enzym hơn các hạt có đường kính cao hơn do diện tích bề mặt củachúng cao hơn [81] Trong nghiên c ứ u khác c ủa Rocha và c ộng s ự (2010) [84], tinhbột khoai lang có khả năng bị tác động trong ph ả n ứ ng v ới enzyme d ễ dàng hơnnhiề u so v ới tinh b ột khoai tây nhưng kém hơn tinh bột sắ n

(8) Phản ứng tạo phức

Thành phần mạch thẳng của tinh bột bao gồm amylose và phần nhỏ mạch thẳngchuỗi bên amylopectin có thể tạo phức với một số thành phần khác trong thực phẩmnhư iốt, rượu, axit béo và este của chúng, chất nhũ hóa và các hợp chất hương [85],[86] Amylose có khả năng tạo phức xoắn với nhiều chất hữu cơ và vô cơ, trong khiamylopectin chỉ tạo phức ở mức độ yếu hoặc không Khi hình thành, các thành phầntạo phức được cuốn vào trong trục rỗng của cuộn xoắn amylose [87] (Hình 1 9)

Hình 1 9 Mô hình đề xuất tạo phức của amylose và (A) iốt, (B) axit béo

1 3 Các sản phẩm của quá trình thủy phân tinh bột khoai lang và tiềm năng ứng dụng trong sản xuất thực phẩm

Tinh bột khoai lang là nguồn nguyên liệu được sử dụng phổ biến trong sảnxuất mì sợi và miến nhờ khả năng kết dính tốt và dễ dàng kết hợp với các thành

phần khác Ngoài ra, trong các nghiên cứu và ứng dụng hiện nay, tinh bột khoai

lang được biến tính nhờ xúc tác enzyme để thu được các đặc tính mong muốn, điểnhình là các quy trình sản xuất tinh bột kháng tiêu hóa (RS)

Tinh bột vi xốp (Sweet Potato Microporous Starch) là một loại tinh bột biếntính có đặc tính kháng tiêu hóa Tinh bột khoai lang được xử lý bằng phương phápthủy phân bởi axit hoặc enzyme, gây ra sự phân cắt các liên kết phân tử và hìnhthành lỗ nhỏ trên bề mặt hạt tinh bột, từ đó làm thay đổi tính chất hấp phụ sẵn có

So với tinh bột tự nhiên, khả năng hấp thụ nước và hấp thụ dầu, mức độ thoái hóagel, độ bền liên kết, tính kháng axit và độ ổn định khi làm lạnh- rã đông của tinh bộtbiến tính được cải thiện đáng kể [67]

1 3 1 Tinh bột tiêu hóa chậm (SDS): thu nhận và tiềm năng ứng dụng trong sản xuất thực phẩm

(1) Khái niệm, vai trò và thị trường của SDS

Khả năng tiêu hóa tinh bột có thể được đánh giá giả lập bằng cách định lượngcác phần tinh bột quan trọng theo phương pháp của Englyst và cộng sự (1992) [88] Dựa trên mục đích dinh dưỡng, tinh bột trong thực phẩm được phân loại thành tinhbột tiêu hóa nhanh (RDS), tinh bột tiêu hóa chậm (SDS) và tinh bột kháng tiêu hóa(RS), đặc điểm cụ thể của các loại tinh bột này là:

Tinh bột tiêu hóa nhanh (RDS): phần tinh bột được tiêu hóa trong vòng 20

phút, gây ra sự gia tăng nhanh chóng lượng đường trong máu, giải phóng insulin vớihàm lượng cao, do đó nó gây ra các biến chứng có hại cho sức khỏe như bệnh tiểuđường, bệnh tim mạch…

Tinh bột tiêu hóa chậm (SDS): phần tinh bột được tiêu hóa trong khoảng thời

gian từ 20 phút đến 120 phút, do được tiêu hóa chậm rãi, duy trì giải phóng lượngđường vào máu thấp và ổn định, có thể ngăn ngừa các bệnh đường huyết, tim

mạch…

Tinh bột kháng tiêu hóa (RS): phần tinh bột không bị tiêu hóa sau 120 phút,

chúng không bị tiêu hóa ở ruột non, lên men ở ruột già và được chứng minh là cóảnh hưởng tốt đối với sức khỏe con người

Hiện nay, sự trao đổi carbohydrate hay hấp thu glucose sau bữa ăn nhận đượcnhiều sự quan tâm từ người tiêu dùng do liên quan trực tiếp tới các vấn đề sức khỏecon người Một thông số phổ biến được dùng để đo lường những ảnh hưởng này làchỉ số đường huyết Glycemic Index (GI), nó được định nghĩa là phần diện tích giatăng dưới đường cong hàm lượng glucose trong máu sau khi ăn [89] Theo Jenkins

và các cộng sự (2002) [90], bữa ăn có chỉ số GI thấp có mối liên hệ với việc giảmnguy cơ của bệnh tiểu đường và bệnh tim mạch Mối liên hệ có tính tích cực nàycũng được tìm thấy trong mối liên hệ giữa GI và nguy cơ mắc ung thư vú hay ungthư đường ruột Tinh bột SDS được tiêu hóa chậm qua ruột non và giải phóng mộtlượng glucose vào máu với tốc độ thấp, do đó, tinh bột tiêu hóa chậm (SDS) cho chỉ

số đường huyết (GI) từ thấp đến trung bình (Hình 1 10) Thực phẩm có chứa tinhbột tiêu hóa chậm có chỉ số GI giảm so với thực phẩm thông thường chứa tinh bộttiêu hóa nhanh [91] Chính vì lí do đó, SDS đã được chứng minh giúp duy trì

insullin trong máu thấp, giảm nguy cơ mắc bệnh tiểu đường tuýp 2, thừa cân và béophì [90]

Hình 1 10 Đặc tính sinh học của các loại tinh bột (a) Thí nghiệm trên hệ tiêu hóa giả lập và (b) Thí nghiệm trên hệ tiêu hóa thực đối với

phản ứng đường huyết của RDS, SDS và RS [6]

Trong quá trình điều trị bệnh tiểu đường, một trong những mục tiêu quan trọng

là giảm tốc độ gia tăng đường huyết sau bữa ăn Các nghiên cứu dịch tễ học gợi ý

rằng việc giảm tốc độ gia tăng đường huyết sau bữa ăn, cải thiện phản ứng chuyểnhóa lipid, giảm nồng độ đường liên kết với hemoglobin, tăng độ nhạy của insulin làviệc có lợi cho việc quản lý bệnh tiểu đường [94] Do đó, việc sử dụng tinh bột tiêuhóa chậm trong bữa ăn của các bệnh nhân tiểu đường giúp tạo điều kiện tốt để có

được những lợi ích kể trên Bên cạnh đó, bữa sáng đi kèm với thực phẩm có chứa

SDS giúp cải thiện trao đổi carbohydrate và giảm được lượng insulin cần thiết theophương pháp điều trị cho các bệnh nhân tiểu đường tuýp 2

Theo lý thuyết về sự điều tiết lượng thức ăn vào cơ thể của Mayer (1953) [94],hàm lượng đường glucose trong máu sinh ra từ carbohydrate được tiêu thụ là yếu tốchính quyết định đến cảm giác no của cơ thể Do vậy, giả thuyết về lợi ích của tinhbột tiêu hóa chậm đối với sự điều tiết cảm giác no của cơ thể đã được đưa ra

Leathwood và Pollet (1988) [95] đã báo cáo về tình trạng cảm giác đói quay trở lạimột cách chậm rãi khi ăn 25 - 40 gam carbohydrate chậm tiêu hóa từ đậu so với

carbohydrate tiêu hóa nhanh từ khoai tây Có thể kết luận rằng, tinh bột tiêu hóa

chậm có thể có tác động đến các yếu tố ảnh hưởng tới cảm giác đói như đường

huyết, insulin, và phản ứng chuyển hóa của cơ thể Nó cũng có thể ảnh hưởng tới độnhớt trong đường ruột Tuy nhiên, cảm giác đói còn bị ảnh hưởng bởi các cơ chế

khác như độ trống của đường tiêu hóa, các hooc-môn đường ruột và các thành phầntrong bữa ăn

Trên thị trường thế giới, SDS được ứng dụng như một thành phần chức năng,

bổ sung đa dạng trong các sản phẩm thực phẩm chế biến dạng lỏng hoặc rắn, sản

phẩm dinh dưỡng và thuốc (viên nén, nhũ tương và huyền phù) Nó thường được sửdụng dưới dạng bột nhằm điều chỉnh tốc độ giải phóng glucose nhanh của các loạithực phẩm giàu tinh bột đã chế biến như bánh ngọt, bánh mì, bánh quy, mì sợi, bánhpizza, ngũ cốc, khoai tây chiên, kẹo, nước xốt, chất làm đầy, xi-rô, súp, bánh

pudding, kem sữa trứng, pho mát, sữa chua, kem, đồ uống và sản phẩm dành cho

bệnh nhân tiểu đường [6] Miến là loại thực phẩm được sử dụng thường ngày đối

với người dân Việt Nam Việc ứng dụng bổ sung SDS vào miến sẽ cung cấp thêmlựa chọn dinh dưỡng cho người tiêu dùng quan tâm đến sức khỏe, đặc biệt là bệnhnhân tiểu đường Tinh bột gạo tiêu hóa chậm Ricemic phát triển tại Trung tâmnghiên cứu khu vực phía Nam (Bộ Nông Nghiệp Hoa Kì) có tác dụng duy trì mứcđường huyết ổn định ở bệnh nhân tiểu đường, là nguồn cung cấp năng lượng ổnđịnh cho các vận động viên nhằm duy trì sức bền và thay thế chất béo trong các sảnphẩm sữa không đông lạnh [96] Thêm vào đó, SDS còn được ứng dụng trong sảnphẩm bánh ăn kiêng dành cho người bị tiểu đường chứa bột ngô chưa nấu chínnhằm ngăn ngừa hạ đường huyết và hạn chế tăng đường huyết sau ăn như EnsureGlucerna (Phòng thí nghiệm Abbott), Choice DM (công ty Mead Johnson

Nutritionals) [97] Do các đặc tính của quá trình tiêu hóa, SDS còn được sử dụngnhư một chất mang có thể phân hủy sinh học nhằm phân phối thuốc tới đến ruột noncủa người bệnh [98]

Một mô hình cấu trúc SDS cụ thể đến nay vẫn chưa được đề xuất Tuy nhiên,tính chất tiêu hóa chậm bị ảnh hưởng nhiều bởi loại tinh bột (phân tích theo nhiễu

xạ tia X), độ dài mạch, các điểm gắn nhánh, hình thái và nguồn gốc của tinh bột[99] Sự kết hợp giữa cấu trúc vô định hình và bán tinh thể hoặc tinh thể yếu tạo nêncấu trúc của SDS [100] Trong hầu hết các trường hợp, cấu trúc tinh bột loại A phùhợp với sự hình thành của tinh bột tiêu hóa chậm hơn cấu trúc loại B [101] Hàmlượng amylopectin cao và mật độ nhánh lớn cũng làm chậm khả năng tiêu hóa củatinh bột, trong đó các phần tử amylopectin chứa mạch nhánh dài cho thấy hàmlượng SDS cao hơn so với amylopectin với có mạch nhánh ngắn [100] Trongnghiên cứu của Kim và cộng sự (2017) [102], việc giảm tỷ lệ các mạch nhánh ngắn(DP = 6 đến 12) và gia tăng các mạch nhánh dài DP = 25 đến 36 và DP ≥ 37 đã tạothành sản phẩm chứa hàm lượng SDS và RS cao Quy trình sản xuất SDS nhậnđược sự quan tâm nhiều từ giới nghiên cứu Tuy nhiên, hầu hết các sản phẩm SDSđược báo cáo cho thấy độ bền nhiệt thấp khi được sử dụng trong chế biến thựcphẩm Do đó, một thách thức đối với ngành công nghiệp thực phẩm hiện nay là pháttriển các công nghệ mới để tạo ra các loại thực phẩm chứa carbohydrate được chếbiến theo yêu cầu với GI thấp và lượng SDS ổn định nhiệt thích hợp [6]

(2) Sản xuất SDS bằng enzyme

Các nghiên cứu gần đây về quy trình sản xuất SDS bằng phương pháp vật lý,hóa học và enzyme đã được báo cáo [103]‚[105] Trong đó, phương pháp xử lí tinhbột bằng enzyme có nhiều ưu điểm hơn do tính an toàn với môi trường, người tiêudùng và có nhiều phản ứng đặc hiệu với ít sản phẩm phụ hơn Xử lý tinh bột bằngenzyme pullulanase, isoamylase, α-amylase, β-amylase, hoặc transglucosidase làmthay đổi độ dài mạch và cấu trúc phân tử tinh bột, từ đó mang lại khả năng tiêu hóa

và chỉ số đường huyết theo mong đợi [6]

Tinh bột tiêu hóa chậm (SDS) được biến tính từ tinh bột khoai lang Daeyumithông qua xử lí kép bằng enzyme tạo nhánh glycogen (branching enzyme hay BE)

từ Streptococcus mutans và amylosucrase từ Neisseria polysaccharea [106] Phân

tích sản phẩm cho thấy sự thay đổi trong phân bố chiều dài nhánh của tinh bột biến

25) và khối lượng phân tử tăng Nó cũng dẫn đến việc hình thành mẫu nhiễu xạ tia

X loại B và tăng độ kết tinh tương đối

Trong nghiên cứu của Miao và cộng sự (2014), [107] quá trình phân giải tinhbột bằng α- amylolysis được sử dụng để điều chỉnh cấu trúc của tinh bột Tinh bộtngô được xử lý bằng maltogenic α- amylase cho thấy sự gia tăng của tinh bột tiêuhóa chậm từ 11,1% lên 19,6%, phân tích liên kết iodine cho thấy bước sóng hấp thụcực đại và độ hấp thụ giảm đáng kể Sự phân giải bởi α-amylolysis cũng làm giảmtrọng lượng phân tử từ 32,5 × 107 xuống 9,0 × 104 g/mol, tăng số lượng các chuỗingắn hơn (DP <13) từ 25,5% lên 44,8% và giảm các chuỗi dài (DP> 13) Sự giatăng số lượng các chuỗi ngắn là do đặc tính tiêu hóa chậm của tinh bột

Quá trình xử lý tinh bột bằng enzyme 4-α-glucanotransferase cũng được chứngminh mang lại hiệu quả trong việc biến đổi cấu trúc tinh bột hình thành cụm

amylopectin mới có đặc tính chậm và kháng tiêu hóa [108] Tinh bột ngô biến tínhchứa hàm lượng tinh bột tiêu hóa chậm tăng từ 9,40% lên 20,92% và tinh bột khángtiêu hóa tăng từ 10,52 lên 17,63% Hoạt động của enzyme dẫn tới việc giảm hàmlượng amylose và trọng lượng phân tử Quá trình phân cắt và tổ chức lại các phân tửtinh bột đã diễn ra làm giảm lượng lớn các chuỗi mạch ngắn (DP<13) và dài

(DP>30)

Theo bằng sáng chế của Shi và cộng sự (2002) [109], một loại tinh bột tiêu hóachậm có thể được hình thành bằng cách sử dụng pullulanase hoặc isoamylase cắtnhánh tinh bột Trong trường hợp tinh bột nếp, nồng độ enzyme cắt nhánh cao hơn

và thời gian ngắn hơn sẽ thích hợp để xử lí tinh bột tạo SDS [110] Ngoài ra, Ao vàcộng sự (2007) đã sử dụng các enzyme amylase khác nhau và transglucosidase đểkiểm soát mật độ và chiều dài nhánh nhằm tạo ra SDS bằng cách thủy phân mộtphần tinh bột ngô thông thường [99] Một nghiên cứu khác của Miao và cộng sự(2014) [103], cũng đã tiến hành xử lý bằng enzyme kép với β-amylase và

transglucosidase thu được tinh bột ngô có đặc tính tiêu hóa chậm tăng

Có thể thấy, con đường sản xuất tinh bột tiêu hóa chậm dưới tác nhân enzymerất đa dạng về phương pháp cũng như hiệu suất hình thành SDS Các nghiên cứubiến tính tinh bột tạo SDS bằng các enzyme khác nhau với mục đích khác nhau nhưenzyme thủy phân α-amylase, β-amylase, enzyme cắt nhánh pullulanase Enzyme α-amylase và β-amylase thường được sử dụng trong giai đoạn tiền xử lý để dịch hóa

và tăng hiệu quả khử nhánh cho giai đoạn sử dụng pullulanase Tuy nhiên, việckiểm soát giải phóng các oligosaccharide mạch ngắn bởi α-amylase và β-amylasecòn gặp nhiều khó khăn Bên cạnh đó, enzyme gắn nhánh α-glucosidase thườngđược sử dụng trong phản ứng transglycosyl, chuyển maltose thành isomaltose,isomaltose tiếp tục được glycosyl hóa tạo ra isomaltotriose Nhóm enzyme được sửdụng nhiều trong sản xuất isomaltooligosaccharides (IMO) [111] Isoamylase vàpullulanse đều là những enzyme có khả năng khử nhánh tại liên kết α-1,6

glycosidic Pullulanase thủy phân các liên kết α-1,6 glycosidic trong phân tử

pullulan và amylopectin, trong khi isoamylase thủy phân các liên kết này trongamylopectin và glycogen Pullulanase phổ biến hơn do đây là loại enzyme chịunhiệt, phù hợp với nhiều loại cơ chất Pullulanase được dùng khá phổ biến trong cácnghiên cứu tạo tinh bột tiêu hóa chậm do tính đặc hiệu, khả năng chịu nhiệt, phù

hợp với nhiều loại cơ chất Cụ thể trong nghiên cứu trên tinh bột gạo nếp của Zeng

và công sự (2015), hàm lượng SDS tăng từ 13,2% lên 27,6% [112] Chính vì những

lý do trên, pullulanase là enzyme được lựa chọn cho công nghệ sản xuất SDS trongnghiên cứu này

(3) Nâng cao hiệu quả sản xuất tinh bột tiêu hóa chậm

Nhiều phương pháp được trong quy trình sản xuất tinh bột tiêu hóa chậm đểnâng cao hiệu suất như sử dụng enzyme thủy phân pullulanase kết hợp xử lý nhiệt

ẩm hoặc thoái hóa, thoái hóa kết hợp điện trường

Thoái hóa tinh bột là hiện tượng không thể tránh khỏi khi tinh bột hồ hóachuyển từ trạng thái vô định hình sang trạng thái kết tinh [113] Sự xuất hiện củathoái hóa làm giảm khả năng tiêu hóa của tinh bột và phù hợp để điều chế tinh bộttiêu hóa chậm (SDS) và tinh bột kháng tiêu hóa (RS) [114], [115] Trong thực tếthương mại, các sản phẩm tinh bột kháng enzyme (RS loại III) được sản xuất từ tinhbột ngô có hàm lượng amylose cao (khoảng 70%) bằng cách lặp lại các chu kỳ thoáihóa [116] Thoái hóa có tác động đáng kể đến sự hình thành SDS đã được báo cáotrước đây như ảnh hưởng quy trình thoái hóa đơn lẻ hoặc lặp lại nhiều lần đến hiệusuất SDS [115], [117] Bên cạnh đó, nó còn bị ảnh hưởng bởi nhiều tác động đồngthời khác như hàm lượng amylose, chiều dài chuỗi phân tử, nhiệt độ hồ hóa, nhiệt

độ và thời gian bảo quản gel tinh bột (khi quá trình thoái hóa đang diễn ra) [118] Trong quá trình cắt nhánh bằng pullulanase và thoái hóa dịch tinh bột ngô nếp

đã nấu chín, thoái hóa ngắn hạn xảy ra do sự gel hóa và kết tinh amylose, dẫn đến

sự hình thành SDS tối đa; ngược lại, quá trình thoái hóa dài hạn do amylopectin xảy

ra trong quá trình bảo quản gel tinh bột Chung và cộng sự (2006) [119], cho thấyquá trình thoái hóa làm thay đổi tính chất tiêu hóa bởi enzyme của các mẫu tinh bộtgạo nếp, dẫn đến những thay đổi đáng kể trong giai đoạn đầu của quá trình tiêu hóa Zhang và cộng sự (2011) [115], đã điều chế thành công các sản phẩm SDS vớinăng suất cao từ tinh bột gạo nếp bằng phương pháp thoái hóa theo chu kỳ nhiệt độ

Cơ chế tạo sản phẩm giàu SDS được giải thích do các tinh thể không hoàn hảo hơnđược hình thành trong quá trình thoái hóa tinh bột

Tian và cộng sự (2013) [120], cũng đề xuất phương pháp thoái hóa kép (lặp lạichu kì thoái hóa hai lần) được sử dụng để tăng năng suất tạo SDS từ tinh bột gạo Kết quả cho thấy sản lượng SDS tối đa trong các mẫu thử nghiệm đã tăng từ 39,3%lên 56,7% bằng cách thoái hóa kép trong thời gian là 36 giờ Sự gia tăng này chỉ rarằng nhiều tinh thể không hoàn hảo hơn đã được hình thành trong quá trình thoáihóa kép Hơn nữa, so với quá trình thoái hóa đơn lẻ, quá trình thoái hóa kép tạo racác khoảng lớn hơn và các phần kết nối chắc chắn hơn trong các sản phẩm SDS Cấu trúc vi mô bên trong này có thể làm tăng tỷ lệ tiêu hóa chậm

Như vậy, quy trình sản xuất SDS từ tinh bột bằng enzyme kết hợp thoái hóađem lại tiềm năng lớn cho việc gia tăng hàm lượng SDS, đặc biệt là quá trình thoáihóa được lặp lại trên hỗn hợp sau thủy phân

(4) Các công trình nghiên cứu về sản xuất SDS

trên những đối tượng tinh bột khác nhau vì SDS, RS được cho là có lợi cho sứckhỏe đặc biệt đối với những đối tượng béo phì, người mắc bệnh tiểu đường, timmạch… Có nhiều phương pháp biến tính tinh bột làm giàu SDS, RS như phươngpháp vật lý, phương pháp hóa học, phương pháp sinh học sử dụng enzyme Trong

đó, một số nghiên cứu đã chỉ ra rằng, phương pháp thủy phân cắt nhánh sử dụngenzyme pullulanase kết hợp thoái hóa trên tinh bột ngô đã cho kết quả khá khả quanvới hàm lượng SDS đạt 45,1%, RS đạt 24,4% [121] Phương pháp thủy phân tinhbột ngô bằng axit lauric cho hàm lượng SDS đạt 45,6% [122] Ngoài ra, một nghiêncứu khác đã tiến hành biến tính tinh bột bằng phương pháp thoái hóa trên tinh bộtgạo cho hàm lượng SDS đạt 5,62% [115] Khoai lang được biết đến như một loạithực phẩm chứa nhiều giá trịnh dinh dưỡng tiềm năng Ngoài ra, các nghiên cứutrước đây cho thấy hàm lượng SDS, và RS trong khoai lang tự nhiên rất cao TheoHuang và cộng sự (2015) [123], hàm lượng RS trong khoai lang lên tới 72,68% Việc đầu tư nghiên cứu làm giàu SDS của khoai lang đang là xu thế mới của ngànhkhoa học thực phẩm Tuy vậy, những nghiên cứu nhằm biến tính tinh bột khoai lang

để nâng cao hàm lượng SDS vẫn đang còn hạn chế Năm 2016, Jo và cộng sự [106]

đã nghiên cứu tạo tinh bột tiêu hóa chậm từ tinh bột khoai lang bằng phương phápbiến tính sử dụng hai loại enzyme là enzyme BE và AS cho kết quả rất khả quan,hàm lượng SDS tăng từ 6,3% lên 25,0 - 34,8%, hàm lượng RS tăng từ 12,9% lênkhoảng 34,6% đến 41,3% phụ thuộc vào lượng BE [106] Huang và cộng sự (2015)[123], đã nghiên cứu ảnh hưởng của phương pháp cắt nhánh và nhiệt ẩm đến tínhchất và khả năng tiêu hóa của tinh bột khoai lang, cho ra hàm lượng SDS đạt

khoảng 31,6% Jo và cộng sự (2016) [106] đã tiến hành biến tính tinh bột khoai langbằng phương pháp sử dụng hai enzyme nhằm tạo ra tinh bột tiêu hóa chậm với kếtquả như sau: hàm lượng SDS tăng từ 6,3% lên 25,0 - 34,8%, hàm lượng RS tăng từ12,9% lên 34,6 - 41,3% Từ đó cho thấy, tinh bột tiêu hóa chậm SDS đang là vấn đề

mà nhiều nhà khoa học quan tâm

Tại Việt Nam, các đề tài nghiên cứu về khả năng tiêu hóa của tinh bột đã xuấthiện từ những năm 1990 với một số ít các nhà nghiên cứu quan tâm, và dần dần nóđang trở thành một mối quan tâm lớn do những đặc tính tốt góp phần cải thiện sứckhỏe cộng đồng hiện nay Tuy nhiên, ở Việt Nam hiện nay chủ yếu theo đuổi hướngnghiên cứu tạo RS này [124]‚[126]

Năm 2017, Lưu Bùi Bảo Ngọc và cộng sự [5] có nghiên cứu tinh chất hóa lý vàhàm lượng RS của khoai lang với một số giống khoai tại Việt Nam Hàm lượng RStrong tinh bột khoai lang tự nhiên dao động từ 24 ‚ 25,3%, hàm lượng RDS daođộng từ 73,7 ‚ 75,3%, hàm lượng SDS dao động trong khoảng 0,7 ‚ 1,0%

Tại Việt nam, có rất ít nghiên cứu quan tâm tới việc gia tăng hàm lượng SDS Năm 2020, Duyên và cộng sự [127] đã nghiên cứu phương pháp biến tính tinh bộtđậu xanh bằng cách kết hợp axit citric với xử lý thủy nhiệt hoặc ủ, hai phương phápnày cho hàm lượng SDS đạt 27,4% và 24,2% Ngoài ra, không còn công trình nàonghiên cứu về sản phẩm này tại Việt Nam

Tên thông thường Công

thức phân tử

Oligosaccharides (>=DP3)

Maltotriose (G3) C18H32O16

O-α-D-glucopyranosyl-(1,4)-O-α-D-glucopyranosyl-(1,4)-D-glucosePanose C18H32O16 O-α-D-glucopyranosyl-(1,6)-O-α-D-

glucopyranosyl-(1,4)-D-glucoseIsomaltotriose (IMO3) C18H32O16 O-α-D-glucopyranosyl-(1,6)-O-α-D-

glucopyranosyl-(1,6)-D- glucoseMaltotetraose (G4) C24H42O21 O-α-D-glucopyranosyl-(1,4)-O-α-D-

(1,4)-D-glucose

glucopyranosyl-(1,4)-O-α-D-glucopyranosyl-Isomaltotetraose(IMO4)

C24H42O21

O-α-D-(1,6)-O-α-D-glucopyranosyl-(1,6)-D-glucose

glucopyranosyl-(1,6)-O-α-D-glucopyranosyl-Maltopentaose (G5) C30H52O26

O-α-D-glucopyranosyl-(1,4)-O-α-D-1 3 2 Isomaltooligosaccharide (IMO): thu nhận và khả năng ứng dụng trong sản xuất thực phẩm

(1) Khái niệm, vai trò và thị trường của IMO

Từ quan điểm hóa học nghiêm ngặt, isomaltooligosaccharides (IMO) là cácphân tử ngắn tuyến tính của các đơn vị D-glucose được liên kết bởi α-1,6

glycosidic Tuy nhiên, trong định nghĩa rộng hơn, chúng được chấp nhận là cácglucooligosaccharide phân nhánh và tạo vòng với các đơn vị glucose được liên kếtvới nhau bằng liên kết α-1,6 glycosidic, α-1,3 glycosidic, α-1,2 glycosidic, hoặcngay cả khi kết hợp với liên kết α-1,4 glycosidic Cấu trúc và tính chất của IMO phụthuộc vào mức độ trùng hợp (DP) của chúng (thường là từ 2 đến 10 đơn vị glucose),các loại liên kết (α-1,2; 3, 4 hoặc 6 glycosidic), tỷ lệ và vị trí của từng loại liên kết[7], [9], [128] Thành phần các saccharide của một sản phẩm IMO thương mại đượcphân tích và tổng hợp trong Bảng 1 2 [129]

Bảng 1 2 Tên gọi, công thức phân tử và tên hóa học của các maltooligosaccharides (MO)

và isomaltooligosacchrides (IMO) có DP=2-9

Tên thông thường Công

thức phân tử

Tên hóa học

Isomaltopentaose(IMO5)

C30H52O26

O-α-D-(1,6)-O-α-D-glucopyranosyl-(1,6)-O-α-D-glucopyranosyl-(1,6)-D-glucoseMaltohexaose (G6) C30H52O26 O-α-D-glucopyranosyl-(1,4)-O-α-D-

glucopyranosyl-(1,6)-O-α-D-glucopyranosyl-(1,4)-O-α-D-glucopyranosyl-(1,4)-O-α-D-glucopyranosyl-(1,4)-D-glucose

glucopyranosyl-(1,4)-O-α-D-glucopyranosyl-Isomaltohexaose(IMO6)

C30H52O26

O-α-D-(1,6)-O-α-D-glucopyranosyl-(1,6)-O-α-D-glucopyranosyl-(1,6)-O-α-D-glucopyranosyl-(1,6)-D-glucose

glucopyranosyl-(1,6)-O-α-D-glucopyranosyl-Maltoheptaose (G7) C42H72O36

O-α-D-(1,4)-O-α-D-glucopyranosyl-(1,4)-O-α-D-glucopyranosyl-(1,4)-O-α-D-glucopyranosyl-(1,4)-O-α-D-glucopyranosyl-(1,4)-D-glucose

glucopyranosyl-(1,4)-O-α-D-glucopyranosyl-Isomaltoheptaose(IMO7)

C42H72O36

O-α-D-(1,6)-O-α-D-glucopyranosyl-(1,6)-O-α-D-glucopyranosyl-(1,6)-O-α-D-glucopyranosyl-(1,6)-O-α-D-glucopyranosyl-(1,6)-D-glucose

glucopyranosyl-(1,6)-O-α-D-glucopyranosyl-Maltooctaose (G8) C48H82O41 O-glucopyranosyl-(1,4)-O-

α-D-(1,4)-O-α-D-glucopyranosyl-(1,4)-O-α-D-glucopyranosyl-(1,4)-O-α-D-glucopyranosyl-(1,4)-O-α-D-glucopyranosyl-(1,4)-D-glucoseIsomaltooctaose

glucopyranosyl-(1,4)-O-α-D-glucopyranosyl-(IMO8)

C48H82O41

O-α-D-(1,6)-O-α-D-glucopyranosyl-(1,6)-O-α-D-glucopyranosyl-(1,6)-O-α-D-glucopyranosyl-(1,6)-O-α-D-glucopyranosyl-(1,6)-O-α-D-glucopyranosyl-(1,6)-D-glucoseMaltononaose (G9) C54H92O46 O-α-D-glucopyranosyl-(1,4)-O-α-D-

glucopyranosyl-(1,6)-O-α-D-glucopyranosyl-(1,4)-O-α-D-glucopyranosyl-(1,4)-O-α-D-glucopyranosyl-(1,4)-O-α-D-glucopyranosyl-(1,4)-O-α-D-glucopyranosyl-(1,4)-O-α-D-glucopyranosyl-(1,4)-D-glucose

glucopyranosyl-(1,4)-O-α-D-glucopyranosyl-Isomaltononaose C54H92O46

O-α-D-glucopyranosyl-(1,6)-O-α-D-Tên thông thường Công

thức phân tử

Tên hóa học

glucopyranosyl-glucopyranosyl-(1,6)-O-α-D-glucopyranosyl-(1,6)-O-α-D-glucopyranosyl-(1,6)-O-α-D-glucopyranosyl-(1,6)-O-α-D-glucopyranosyl-(1,6)-D-glucose

(1,6)-O-α-D-glucopyranosyl-(1,6)-O-α-D-Trong hỗn hợp IMO, các thành phần phổ biến nhất bao gồm isomaltose,isomaltotriose, isomaltotetraose, panose, isopanose, glucose-maltotriose, nigerose,nigerotriose, kojibose, centose Một nhóm quan trọng khác là các

isomaltooligosaccharide mạch vòng (CIs), những nhóm này được hình thành bởicác đơn vị glucose chỉ liên kết bởi các liên kết α-1,6 glycosidic, còn được gọi làcyclodextrans DP của cyclodextrans nằm trong khoảng từ 7 đến 12 [130]‚[132]

Biểu diễn sơ đồ của các loại IMO khác nhau được hiển thị trong Hình 1 11

Hỗn hợp IMO có chỉ số đường huyết thấp và được phân loại là prebiotics Ngoài liên kết α-1,4 glycosidic trong phân tử, các liên kết còn lại của IMO không dễ

bị thủy phân bởi hệ enzyme đường ruột Đây cũng là cơ chất thích hợp cho hoạt

động của các vi sinh vật có lợi trong đường ruột như Lactobacilli và Bifidobacteria

Mức độ trùng hợp và tỷ lệ giữa α-1,4 glycosidic và các liên kết khác là yếu tố quantrọng quyết định khả năng tiêu hóa và chuyển hóa của IMO bởi hệ vi sinh vật đườngruột [133], [134]