NGHIÊN cứu ẢNH HƯỞNG của một số điều KIỆN tới sự CHUYỂN hóa TINH bột TRƠ từ gạo

Các nghiên cứu tinh bột trơ từ gạo có rất ít, hiện chỉ có vài kết quả được công bố do các tác giả Thái Lan thực hiện với giống lúa có hàm lượng amylose cao ~30% Bustos, 2011.. Trong nghi

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO VIỆN ĐẠI HỌC MỞ HÀ NỘI

LUẬN VĂN THẠC SĨ CHUYÊN NGÀNH CÔNG NGHỆ SINH HỌC

NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA MỘT SỐ ĐIỀU KIỆN TỚI SỰ CHUYỂN HÓA TINH BỘT TRƠ TỪ GẠO

BÙI NGỌC TRUNG

Hà Nội, năm 2018

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐẠO TẠO VIỆN ĐẠI HỌC MỞ HÀ NỘI

LUẬN VĂN THẠC SĨ

NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA MỘT SỐ ĐIỀU KIỆN

TỚI SỰ CHUYỂN HÓA TINH BỘT TRƠ TỪ GẠO

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan, đây là công trình nghiên khoa học của riêng tôi dưới sự hướng dẫn của PGS TS Nguyễn Duy Lâm Các số liệu, kết quả nêu trong luận

án là trung thực và chưa từng được ai công bố trong bất kỳ công trình nào khác

Tác giả

Bùi Ngọc Trung

LỜI CẢM ƠN

Để có thể hoàn thành đề tài luận văn thạc sĩ một cách hoàn chỉnh, bên cạnh sự

nỗ lực cố gắng của bản thân, còn có sự hướng dẫn nhiệt tình của quý thầy cô, cũng những sự động viên ủng hộ của gia đình và bạn bè trong suốt thời gian học tập và nghiên cứu

Tôi xin chân thành biết ơn PGS.TS Nguyễn Duy Lâm người đã hết lòng giúp

đỡ và tạo mọi điều kiện tốt nhất cho tôi hoàn thành luận văn này

Xin chân thành bày tỏ lòng biết ơn đến toàn thể quý thầy cô trong Khoa Đào tạo sau Đại học – Viện Đại học Mở Hà Nội đã tận tình truyền đạt những kiến thức quý báu cũng như tạo mọi điều kiện thuận lợi nhất cho tôi trong suốt quá trình học tập nghiên cứu và cho đến khi thực hiện đề tài luận văn

Tôi xin chân thành bày tỏ lòng biết ơn đến Viện Cơ điện nông nghiệp và Công nghệ sau thu hoạch đã hỗ trợ và tạo mọi điều kiện tốt nhất cho tôi trong suốt thời gian nghiên cứu và thực hiện luận văn

Cuối cùng, tôi xin chân thành cảm ơn đến gia đình, các anh chị và các bạn đồng nghiệp đã hỗ trợ cho tôi rất nhiều trong suốt quá trình học tập, nghiên cứu và thực hiện đề tài luận văn thạc sĩ một cách hoàn chỉnh

Hà Nội, tháng 1 năm 2018

MỤC LỤC

Danh mục bảng 6

Danh mục hình 7

Danh mục chữ viết tắt 8

PHẦN THỨ NHẤT 1

MỞ ĐẦU 1

CHƯƠNG 1 5

TỔNG QUAN TÀI LIỆU 5

1.1 Giới thiệu về tinh bột trơ 5

1.1.1 Định nghĩa và phân loại 5

1.1.2 Vai trò của tinh bột trơ đối với sức khỏe 7

1.2 Giới thiệu về tinh bột trơ RS3 11

1.3 Tinh bột trơ của gạo và phương pháp xử lý nhiệt ẩm, enzym và phương pháp kết hợp xử lý kết hợp nhiệt ẩm với enzym 14

1.4 Một số nghiên cứu về tinh bột trơ tại Việt Nam 17

CHƯƠNG 2 20

VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 20

2.1 Vật liệu nghiên cứu 20

2.1.1 Đối tượng nghiên cứu 20

2.1.2 Thiết bị, dụng cụ, hóa chất 20

2.2 Nội dung nghiên cứu 21

2.3 Phương pháp nghiên cứu, kỹ thuật sử dụng 21

2.3.2 Các phương pháp phân tích 25

2.3.3 Phương pháp bố trí thí nghiệm 29

2.3.4 Phương pháp phân tích số liệu 31

CHƯƠNG 3 32

KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 32

3.1 Thành phần và tính chất nhiệt động RVA của bột gạo một số giống lúa Việt Nam 32

3.1.1 Thành phần đa lượng của gạo các giống khác nhau 32

3.1.2 Tính chất nhiệt động RVA của gạo 34

3.2 Ảnh hưởng của hàm lượng amylose trong tinh bột gạo tới hàm lượng tinh bột trơ 36

3.3 Ảnh hưởng của xử lý nhiệt ẩm tới hàm lượng tinh bột trơ của gạo 38

3.3.1 Ảnh hưởng của hàm lượng protein tới hàm lượng tinh bột trơ 38

3.3.2 Ảnh hưởng của nhiệt độ xử lý nhiệt ẩm tới hàm lượng tinh bột trơ của gạo 40

3.3.3 Ảnh hưởng của thời gian xử lý nhiệt ẩm tới hàm lượng tinh bột trơ của gạo 43

3.4 Ảnh hưởng của xử lý enzym kết hợp nhiệt ẩm tới hàm lượng tinh bột trơ của tinh bột gạo 46

3.4.1 Ảnh hưởng của nồng độ enzym pullulanase tới hàm lượng tinh bột trơ 46

3.4.2 Ảnh hưởng của thời gian thủy phân tới hàm lượng tinh bột trơ 48

3.5 Cấu trúc của tinh bột gạo sau xử lý 50

3.5.1 Ảnh kính hiển vi điện tử quét (SEM) 50

3.5.2 Nhiễu xạ tia X 51

3.5.3 Phân tích nhiệt 52

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 55

Kết luận 55

Kiến nghị 56

TÀI LIỆU THAM KHẢO 57

Danh mục bảng

Bảng 1 Thành phần đa lượng của bột gạo một số giống lúa phổ biến 32

Bảng 2 Thông số RVA của bột gạo các giống khác nhau 34

Bảng 3 Ảnh hưởng của hàm lượng amylose có trong tinh bột gạo 36

Bảng 4 Ảnh hưởng của hàm lượng protein tới làm hượng tinh bột trơ 39

Bảng 5 Ảnh hưởng của nhiệt độ tới hàm lượng tinh bột trơ và độ nhớt 40

Bảng 6 Ảnh hưởng của thời gian đến hàm lượng tinh bột trơ và tính chất nhiệt động RVA 43

Bảng 7 Ảnh hưởng của nồng độ enzym tới hàm lượng tinh bôt trơ và tính chất nhiệt ẩm RVA 46

Danh mục hình

Hình 1 Sơ đồ thoái hóa tinh bột 12

Hình 2 Quy trình xử lý nhiệt ẩm 22

Hình 3 Quy trình xử lý nhiệt ẩm kết hợp enzym 22

Hình 4 Quy trình tách tinh bột gạo 24

Hình 5 Đường cong đặc tính RVA của gạo 27

Hình 6 Chỉ số RVA của các giống gạo tại Việt Nam 35

Hình 7 Sự tương quan giữa hàm lượng amylose và hàm lượng tinh bột trơ trong tinh bột gạo 38

Hình 8 Sự tương quan giữa hàm lượng tinh bột trơ và độ nhớt ở các 41

Hình 9 Chỉ số RVA của tinh bột gạo ở các nhiệt độ 42

Hình 10 Chỉ số RVA của tinh bột gạo ở thời gian xử lý khác nhau 44

Hình 11 Sự tương quan giữa hàm lượng tinh bột trơ và độ nhớt dưới các mốc thời gian 45

Hình 12 Sự tương quan giữa hàm lượng tinh bột trơ và nồng độ enzym 47

Hình 13 Biểu đồ tương quan giữa hàm lượng tinh bột trơ 49

Hình 14 Cấu trúc tinh bột gạo ban đầu 51

Hình 15 Cấu trúc tinh bột gạo sau xử lý nhiệt ẩm kết hợp enzym 51

Hình 16 Biểu đồ nhiễu xạ tia X của: (a) bột gạo, (b) tinh bột gạo qua xử lý 52

Hình 17 Biểu đồ phân tích nhiệt bột gạo ban đầu 53

Hình 18 Biểu đồ nhiệt tinh bột gạo sau xử lý 54

Danh mục chữ viết tắt

α-D-(1–4) α-D-Glucopyranosyl-(1->4)

α-D-(1–6) 1,6-alpha-D-mannosidase

RDS Tinh bột tiêu hóa nhanh (Rapid Digestible Starch)

SDS Tinh bột tiêu hóa chậm (Slowly Digestible Starch)

RS Tinh bột trơ (Resistant Starch)

RS1 Tinh bột trơ loại 1 (Resistant Starch type 1)

RS2 Tinh bột trơ loại 2 (Resistant Starch type 2)

RS3 Tinh bột trơ loại 3 (Resistant Starch type 3)

RS4 Tinh bột trơ loại 4 (Resistant Starch type 4)

RS5 Tinh bột trơ loại 5 (Resistant Starch type 5)

NCBI National Center for Biotechnology Information

cP Đơn vị đo độ nhớt tuyệt đối centi poise

và α-D-(1–6) Có 2 loại phân tử, amylose là polyglucan mạch thẳng tạo nên từ khoảng 1000 glucose liên kết α-D-(1–4), còn amylopectin là glucan mạch nảy nhánh có tới khoảng 4000 đơn vị glucose có các nhánh liên kết bằng α-D-(1–6) Các hạt tinh bột là những tinh thể đa hình phụ thuộc vào nguồn gốc xuất xứ trong

đó hai loại polyme amylose và amylopectin được sắp xếp đối xứng xuyên tâm Bên trong hạt tinh bột có phần kết tinh do amylose và phần phân nhánh của amylopectin tạo thành làm cho chúng không tan trong nước lạnh và tương đối trơ với các enzym thuỷ phân Về cấu trúc có 2 loại cấu trúc tinh thể tinh bột đã được phân biệt (loại ‘A’ và ‘B’) do tỷ lệ khác nhau về thành phần amylopectin Loại A chủ yếu ở ngũ cốc, còn loại B chủ yếu thấy ở các loại củ và tinh bột giàu amylose Một loại thứ 3 gọi là C xuất hiện khi có cả 2 loại A và B được thấy chủ yếu ở đậu

(Tester, 2004)

Về mặt tiêu hóa, tinh bột được phân thành 3 loại là tinh bột tiêu hóa nhanh (Rapid Digestible Starch = RDS), tinh bột tiêu hóa chậm (Slowly Digestible Starch

= SDS) và tinh bột trơ (Resistant Starch = RS) Tinh bột trơ có nhiều đặc tính quý

về công nghệ và chức năng để làm phụ gia trong chế biến thực phẩm (Haralampu, 2000; Baghurst, 2001) Một số loại tinh bột trơ dạng RS2 và RS3 đã được sản xuất

và thương mại trên thế giới nhưng giá thành rất cao Trong 5 loại tinh bột trơ thì tinh bột trơ loại 3 (RS3) có tiềm năng sản xuất và ứng dụng thực tiễn nổi trội hơn

cả vì được coi là “tự nhiên”, được sản xuất bằng phương pháp vật lý có tính lành

2

cao và phù hợp dùng trong chế biến Tinh bột trơ có nhiều lợi ích cho sức khỏe, đặc biệt là RS3 vì được xem như là nguồn chất xơ thực phẩm, có khả năng kiểm soát đường huyết, kiểm soát trong lượng cơ thể, phòng ngừa ung thư ruột kết, hỗ trợ lớn cho sinh lý hệ tiêu hóa khỏe mạnh

Các phương pháp xử lý nhiệt đều có khả năng làm tăng hàm lượng RS3, trong

đó xử lý bằng hấp nhiệt kết hợp làm lạnh để tạo tinh bột thoái hóa là phổ biến nhất Tuy nhiên, phương pháp này chỉ hiệu quả cho vật liệu có hàm lượng amylose cao Phương pháp tiền xử lý vật liệu tinh bột bằng enzym cho hiệu quả rõ rệt cho quá trình thoái hóa tinh bột Enzym được dùng phổ biến nhất cho mục đích này là pullulanase (Guraya, 2001) Với cách kết hợp enzym này có thể áp dụng phương pháp nhiệt ẩm để sản xuất RS3 cho các vật liệu tinh bột hàm lượng amylose trung bình và thấp (như gạo)

Nhiều tài liệu chỉ ra rằng, nếu nông sản chứa amylose cao thì hàm lượng tinh bột trơ sau xử lý nhiệt cũng cao (Kim, 2006) Chính vì thế, đa phần các nghiên cứu tạo trinh bột trơ RS3 chủ yếu sử dụng tinh bột ngô biến đổi gen có hàm lượng amylose tới 50 và 70% Các sản phẩm RS và RS3 thương mại trên thế giới đều từ khoai tây (RS2) và ngô (RS3) Các nghiên cứu tinh bột trơ từ gạo có rất ít, hiện chỉ

có vài kết quả được công bố do các tác giả Thái Lan thực hiện với giống lúa có hàm lượng amylose cao (~30%) (Bustos, 2011) Tại Việt Nam, có nghiên cứu duy nhất

về hàm lượng tinh bột trơ của tinh bột sắn và khoai tây (Phạm Văn Hùng, 2012)

Nhiều giống lúa của nước ta có ưu điểm về mặt trồng trọt nhưng lại không được đánh giá cao bởi người tiêu dùng do chất lượng nấu nướng thấp Những giống lúa chất lượng thấp thì thường có hàm lượng amylose cao mà thành phần này càng cao càng có lợi cho sản xuất RS3 Bởi vậy, gạo tấm của một số giống lúa chất lượng thấp của Việt Nam có thể là đối tượng phù hợp để sản xuất tinh bột trơ trong nghiên cứu này Như đã biết, một số giống lúa của nước ta như IR-50404, ML-202 (Ma Lâm), OM-576 (Hầm Trâu) có phẩm chất thấp thể hiện gạo thiếu hương thơm, chất lượng dinh dưỡng thấp, hàm lượng amylose cao nên cứng cơm, trương nở lớn, tỷ lệ

3

bạc bụng lớn Các giống lúa gạo này không thích hợp với thị hiếu quốc tế; dễ bị gãy khi xay chà, làm tỷ lệ gạo nguyên thấp, nhất là canh tác trong vụ hè thu, giá trị thương phẩm rất thấp

Ở Việt Nam các giống lúa đang sản xuất phổ biến có hàm lượng amylose cao nhất cũng chỉ 23-26% trong đó rất ít giống có >25% Với 18 giống thu từ khắp cả nước chỉ ra các giống có amylose cao trên 25% là Gia Lộc 601 (25,1%), Gia Lộc

501 (25,2%) Gia Lộc 107 (25,9%) Q5 (Bình Định, 26,1%), 13/2 (Bình Định, 26,2%) Hai giống lúa đang được dùng để sản xuất tinh bột từ tấm phổ biến nhất ở Miền Nam là IR50404 và hầm trâu OM576 chỉ có amylose lần lượt là 22,7% và 21,2% Trong nghiên cứu này, mục tiêu đầu tiên mà chúng tôi mong muốn đạt được

là khảo sát ảnh hưởng của hàm lượng amylose của các giống lúa Việt Nam tới sản lượng tinh bột trơ có thể tạo ra bằng kỹ thuật xử lý nhiệt ẩm

Khi xử lý nhiệt ẩm (Moisture Thermal Treatment) rồi làm mát sẽ tạo thành tinh bột thoái hóa, đó chính là tinh bột trơ RS3 Theo lý thuyết, hàm lượng amylose trong nguyên liệu ban đầu quyết định chính tới quá trình tạo tinh bột RS3 trong sản phẩm xử lý nhiệt ẩm (Sievent, 1989) Khi áp dụng thủy phân bằng enzym pullulanase thì hàm lượng amylose được tạo ra rất lớn do enzym này cắt liên kết glucozit 1-6của amylopeptin tạo ra các đoạn mạch thẳng amylose Điều này dẫn tới hiệu suất tạo RS3 tăng lên, nhưng liệu hiệu quả này có còn phụ thuộc vào hàm lượng amylose ban đầu hay không thì cần nghiên cứu Đó là mục tiêu thứ hai của đề tài này của chúng tôi

5

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN TÀI LIỆU

1.1 Giới thiệu về tinh bột trơ

Tinh bột trơ (resistant starch - RS) là tinh bột và những sản phẩm tinh bột không bị tiêu hóa khi đi qua ruột non Tinh bột trơ không bị thủy phân thành D-glucose trong ruột non trong vòng 120 phút sau khi ăn nhưng bị lên men ở ruột kết Nhiều nghiên cứu đã chỉ ra rằng tinh bột trơ là phân tử mạch thẳng chứa α-1,4-D-glucan được chuyển hóa từ phần amylose bị thoái hóa và có trọng lượng phân tử tương đối thấp (1,2 x 105 Da) (Tharanathan, 2002)

1.1.1 Định nghĩa và phân loại

Loại RS1: Tinh bột được tổng hợp ở trong nội nhũ của các loại hạt ngũ cốc,

và những hạt tinh bột được bao quanh bởi gốc protein và nguyên liệu thành tế bào Những cấu trúc vật lý này hạn chế khả năng tiêu hóa của tinh bột và làm giảm phản ứng đường huyết Khi hạt nguyên hoặc hạt nghiền thô được nấu thì thành dày của tế bào hạt đậu và gốc protein trong hạt ngũ cốc cản trở quá trình thẩm thấu nước vào tinh bột trong chất gốc Do đó, tinh bột không có đủ ẩm để hồ hóa và trương nở Vì những hạt tinh bột không thể trương nở nên tinh bột không mẫn cảm với sự thủy phân của enzym Nguyên liệu thành tế bào và gốc protein cũng tạo ra một rào chắn vật lý gây cản trở enzym tiếp cận và thủy phân tinh bột Những ví dụ về thực phẩm chứa tinh bột trơ loại 1 gồm bánh mỳ làm từ hạt nguyên hay hạt nghiền thô và mỳ ống được làm từ lúa mì cứng bằng cách ép đùn (Sajilat, 2006)

Loại RS2: Tinh bột khoai tây, chuối xanh, bạch quả và tinh bột ngô hàm

lượng amylose cao chưa qua nấu nướng có cấu trúc đa hình loại B hay C là những loại tinh bột có tính kháng cao với sự thủy phân của enzym thuộc nhóm tinh bột trơ nhóm 2 (RS2) (Hernandez, 2008) Tuy nhiên, sau quá trình nấu nướng, phần lớn

Loại RS3 là nhóm tinh bột trơ được tạo thành do hiện tượng thoái hóa

(retrogradation) của tinh bột, tức là khi tinh bột được nấu chín và làm nguội Tinh bột trơ loại này được hình thành bởi quá trình thoái hóa có liên quan tới một loạt các quy trình chế biến tinh bột hòa tan làm cho chúng giảm độ hòa tan sau khi được gia nhiệt và hòa tan trong nước rồi làm nguội Khác với RS1 và RS2, tinh bột trơ RS3 được hình thành ở những thực phẩm đã qua nấu chín được giữ ở nhiệt độ thấp hay nhiệt độ phòng RS3 được đánh giá là rất bền với nhiệt độ và các tác nhân xử

lý Bởi vậy, RS3 được đặc biệt quan tâm và sử dụng rộng rãi trong thực phẩm Quá trình chế biến thực phẩm thường có liên quan đến xử lý nhiệt và ẩm nên trong hầu hết các trường hợp làm phá hủy RS1 và RS2 nhưng lại có thể tạo ra RS3 (Faraj, 2004)

Loại RS4 là nhóm tinh bột trơ thu được từ quá trình biến đổi hóa học Loại

tinh bột trơ này rất đa dạng về cấu trúc và không có trong tự nhiên Tinh bột RS4 là nhóm tinh bột biến tính hóa học bao gồm những loại được ete, este hóa hay bị khâu mạch với hóa chất để làm giảm tính tiêu hóa của tinh bột RS4 như vậy được sản

7

xuất bằng phương pháp biến tính hóa học chẳng hạn như biến đổi, thay thế nhóm chức, khâu mạch nhằm bảo vệ tinh bột không bị phân giải do phong tỏa enzym tiếp cận Tinh bột trơ RS4 là tinh bột biến tính hóa học với mức độ biến tính nhiều hơn những loại đã cấp phép tại EU nên cho đến nay, RS4 vẫn chưa được EU chấp thuận

sử dụng trong thực phẩm, mặc dù Nhật Bản đã cho phép (Sanz, 2008) Dạng polysaccharide hòa tan là maltodextrin cũng được goị là tinh bột trơ, chính xác là maltodextrin trơ

Loại RS5: Khi tinh bột tương tác với chất béo thì amylose và những mạch nhánh dài amylopectin hình thành nên những tổ hợp xoắn đơn với axit béo và rượu béo (Jiang, 2010) Khi mạch thẳng tinh bột ở dạng cấu trúc tổ hợp xoắn ốc với axit béo trong rãnh xoắn thì việc liên kết và phân tách tinh bột bởi amylase bị ngăn chặn Hơn nữa, tổ hợp amylose-chất béo cũng làm vướng mắc những phân tử amylopectin làm hạn chế khả năng trương nở của hạt tinh bột và sự thủy phân bởi enzym (Cummings, 2007) Vì sự hình thành tổ hợp amylose-chất béo là một phản ứng tức thời và tổ hợp có thể điều chỉnh sau khi nấu nướng nên tinh bột trơ loại 5 (RS5) được xem như là bền với nhiệt

1.1.2 Vai trò của tinh bột trơ đối với sức khỏe

Tinh bột trơ là chất xơ thực phẩm:

Tinh bột trơ vừa được coi là chất xơ thực phẩm vừa là chất xơ chức năng phụ thuộc vào tính sẵn có trong thực phẩm hay được bổ sung vào Viện Y học của Mỹ

đã định nghĩa chất xơ tổng số bao gồm chất xơ chức năng và chất xơ thực phẩm và nhãn trên thực phẩm của Mỹ không phân biệt hai nhóm chất này (Bier, 2008) Ngày nay, người tiêu dùng sử dụng nhiều thực phẩm giàu chất xơ do nhận thức hơn về mối quan hệ giữa thực phẩm, chất lượng sống và sức khỏe Bởi vậy, tinh bột trơ được xem như là nguồn chất xơ thực phẩm mới quan trọng Nhìn chung, đặc tính của RS giống với chất xơ hòa tan có khả năng lên men nên có thể làm tăng khả năng tạo khối và giảm pH trong ruột kết RS được chứng minh là có những ích lợi

8

cho ruột kết nhờ vào khả năng làm tăng tốc độ sản sinh ra tế bào tiểu nang, hay làm giảm chứng teo của biểu mô Điều này chỉ cho thấy rằng giống như chất xơ hòa tan,

RS có ảnh hưởng đến ung thư và giảm cholesterol và mỡ máu (Haralampu, 2000)

RS được xem như là một thành phần mới tạo nên những thực phẩm giàu chất xơ Thống kê cho thấy mức sử dụng RS ở các nước đang phát triển là khá cao (30-40 g/ngày), trong khi ở các nước Châu Âu thì lượng này khá thấp (3-6 g/ngày) và Châu

Úc là 5-7 g/ngày Tổ chức nghiên cứu KH và công nghiệp Liên bang Úc (CSIRO) khuyến cáo lượng RS nên sử dụng là 20g/ngày để đem lại lợi ích cho sức khỏe (Baghurst, 2001)

Tinh bột trơ kiểm soát cân nặng cơ thể:

Tiêu thụ thực phẩm chứa tinh bột trơ đem đến những tác dụng có lợi trong việc kiểm soát trọng lượng cơ thể theo 5 cách khác nhau như sau:

Bổ sung chất xơ: Khi được phối trộn vào thực phẩm như bánh mỳ, bánh quy,

đồ ngọt, mì ống, ngũ cốc dinh dưỡng, tinh bột trơ có thể làm tăng hàm lượng chất

xơ mà không gây ảnh hưởng đến vị hay cấu trúc Năm 2003, Tổ chức Y tế Thế giới

đã đưa ra kết luận rằng chất xơ thực phẩm là thành phần thực phẩm duy nhất được chứng minh là có khả năng phòng tránh được hiện tượng tăng cân và béo phì (WHO, 2003)

Giảm lượng calo tiêu thụ: Tinh bột trơ có thể sử dụng để thay thế những

thành phần thực phẩm có năng lượng (calo) cao như bột mì hay những loại cacbohydrat tiêu hóa nhanh Tinh bột trơ cung cấp chỉ khoảng một nửa lượng năng lượng so với tinh bột thường (2-3 kilocalo/g so với 4 kilocalo/g) (Aust, 2001) Vì vậy, tinh bột trơ là công cụ giá trị cho việc phối trộn thực phẩm giảm calo

Tăng cảm giác no: Nhiều nghiên cứu gần đây cho thấy tinh bột trơ tự nhiên

(từ ngô có hàm lượng amylose cao và hạt lúa mạch) làm tăng cảm giác no và giảm lượng thực phẩm sử dụng trong thời gian ngắn (vài giờ) và thời gian dài hơn (từ 20–

24 giờ) (Haub, 2012)

9

Tăng ôxy hóa chất béo: Tinh bột trơ có thể trợ giúp cho việc đốt cháy mỡ

và dẫn đến làm giảm sự tích lũy chất béo trong cơ thể Một thử nghiệm lâm sàng đối với tinh bột trơ của ngô hàm lượng amylose cao đã cho thấy làm tăng quá trình ôxy hóa chất béo sau bữa ăn Những kết quả này đã cho thấy tinh bột trơ có tác động đến sự trao đổi chất của cơ thể, do vậy có ảnh hưởng đến trọng lượng của cơ thể (Higgins, 2004)

Giảm dự trữ chất béo: Tinh bột trơ của ngô hàm lượng amylose cao đã được

chứng minh là có khả năng làm tăng quá trình trao đổi của axit béo ở mô mỡ Một thử nghiệm lâm sàng trên người cho thấy mức độ các lipaza (hormone-sensitive lipase (HSL), lipoprotein lipase (LPL) và adipose triglyceride lipase (ATGL) tăng cao có thể làm tăng sự phân hóa tế bào tạo mỡ trong mô mỡ (Robertson, 2012)

Tinh bột trơ kiểm soát đường huyết:

Nhiều nghiên cứu chứng minh rằng thực phẩm chứa RS3 làm giảm lượng đường huyết sau bữa ăn và có thể đóng vai trò trong việc cải thiện khả năng kiểm soát quá trình trao đổi chất ở những người tiểu đường tuýp II Trong một nghiên cứu thử nghiệm trên người, Reader và cộng sự đã chỉ cho thấy rằng việc sử dụng RS3 làm cho mức độ insulin và glucose trong huyết thanh giảm thấp hơn so với việc sử dụng những loại cacbohydrat khác (Reader, 1997)

Việc sử dụng tinh bột trơ tự nhiên đem đến một số lợi ích kiểm soát đường huyết sau: 1- Phản ứng đường huyết giảm ở người khỏe mạnh và người tiểu đường; 2- Độ nhạy cảm với insulin tăng ở người khỏe mạnh, người tiểu đường tuýp II cũng như những người kháng insulin Một nghiên cứu đã chỉ ra rằng nam giới thừa cân

sử dụng 15 gam tinh bột trơ mỗi ngày liên tục trong 4 tuần có độ nhạy cảm với insulin tăng lên 50% (Maki, 2012); 3- Sức khỏe đường huyết của thế hệ sau được tăng lên khi người mẹ mang thai sử dụng tinh bột trơ (Shen, 2011); Cải thiện sự bài tiết insulin nhóm I (Bodinham, 2012)

Tinh bột trơ và hệ thống tiêu hóa:

Tinh bột trơ có thể giúp cho mô của ruột kết được khỏe mạnh bằng cách sản sinh ra những hợp chất bảo vệ như những axit béo mạch ngắn Một trong số chúng

là butyrat, là chất đặc biệt quan trọng đối với ruột kết bởi nó là nguồn năng lượng chủ yếu cho tế bào ruột kết và có tiềm năng kháng ung thư cũng như kháng viêm (Greer, 2011) Chất này đóng vai trò quan trọng trong việc giữ cho tế bào ruột kết được khỏe mạnh Nghiên cứu gần đây đã cho thấy rằng butyrat ức chế được sự phát triển và lan rộng của những tế bào u bướu trong nghiên cứu in vitro, gây ra sự phân hóa của những tế bào u bướu, sản sinh ra một đồng dạng kiểu hình của tế bào trưởng thành bình thường và gây ra hiện tượng tự tiêu diệt những tế bào ung thư ruột kết của người (Wong, 2006)

Tinh bột trơ làm tăng khả năng hấp thụ khoáng chất

Tinh bột trơ giúp nâng cao khả năng hấp thụ một số khoáng chất ở người và chuột Lopez và cộng sự đã chỉ cho thấy chuột được cho ăn thức ăn giàu RS có khả năng hấp thụ một số khoáng chất như canxi, magie, kẽm, sắt và đồng tăng lên (Lopez, 2001) RS có ảnh hưởng tốt tới khả năng hấp thụ canxi và sắt ở ruột non Một nghiên cứu so sánh khả năng hấp thụ canxi, phốt pho, sắt và kẽm khi có sự hiện diện của tinh bột trơ và tinh bột tiêu hóa được đã cho thấy thực phẩm chứa 16,4% RS làm tăng khả năng hấp thụ canxi và sắt so với tinh bột tiêu hóa được (Morais, 1996)

Khả năng kinh tế của tinh bột trơ

11

Rất nhiều nơi trên thế giới đang tập trung nghiên cứu và sản xuất tinh bột trơ

vì thực phẩm chứa nhiều lượng tinh bột trơ được coi là thực phẩm chức năng với ưu tiên làm chất xơ thực phẩm Mức tiêu thụ xơ thực phẩm của thế giới năm 2014 là 2,7 tỷ USD, dự kiến năm 2019 là 4,2 tỷ USD, trong đó đóng góp của tinh bột trơ không ngừng tăng mạnh Các công ty sản xuất xơ thực phẩm bao gồm cả tinh bột trơ hàng đầu thế giới là Archer Daniels Midland (Mỹ), Cargill (Mỹ), E I DuPont

de Nemours (Mỹ), Ingredion Incorporated (Mỹ) và Tate & Lyle PLC (Anh) Tinh bột trơ đang có giá bán rất cao trên thị trường thế giới (40-60 USD/kg) và có thị trường tăng nhanh vì có nhiều lợi ích cho sức khỏe Các hãng sản xuất tinh bột trơ

Một số loại RS3 với lượng xơ thực phẩm dưới 30% thu được từ tinh bột ngô hay sắn đã qua xử lý nhiệt và tái kết tinh (Crosby, 2003) Novelose 330® và CrystaLean là những sản phẩm RS3 thương mại thu được từ ngô có hàm lượng amylose cao

1.2 Giới thiệu về tinh bột trơ RS3

1.2.1 Nguyên lý công nghệ sản xuất tinh bột RS3

Tinh bột trơ được tạo thành do hiện tượng thoái hóa (retrogradation) của tinh bột, tức là khi tinh bột được nấu chín và làm nguội

12

Hình 1 Sơ đồ thoái hóa tinh bột

Các phương pháp công nghệ để sản xuất tinh bột trơ thường bắt đầu bằng thủy phân enzym hoặc axit rồi xử lý nhiệt ẩm, thoái hóa tinh bột, ép đùn hoặc biến tính hóa học (Charalampopoulos, 2002) RS3 chính là tinh bột thoái hóa (retrogradated) hay là tái kết tinh (recrystalized) Để tạo RS3 từ các hạt tinh bột gốc (native) thì các hạt này (tinh bột thô) cần phải được hồ hóa và sau đó là thoái hóa Trong quá trình

hồ hóa, các hạt tinh bột sẽ bị phá vỡ từ từ và bất thuận nghịch Nhiệt độ hồ hóa có ảnh hưởng quan trọng tới năng suất RS Sự hình thành RS bằng hấp có thể bị ảnh hưởng bởi hàm lượng (Escarpa, 1996), thời gian và nhiệt độ xử lý (Onyango, 2006)

và độ dài mạch (Aparicio-Saguilán, 2005) Xử lý nhiệt ẩm bằng autoclave đã được

sử dụng để làm tăng RS (Li, 2011) Sự hình thành đảng nhiệt của RS thuận lợi ở 100°C Nhiệt độ cao được coi là tối ưu Nhiệt độ tới 134, 140 và 145°C đã có ưu điểm tạo RS3 (Haralampu, 2000)

Sự thoái hóa tinh bột chủ yếu gồm thoái hóa thời gian ngắn bởi amylose và thoái hóa lâu bởi amylopectin Trong quá trình thoái hóa, các phân tử tinh bột sắp xếp lại và có thể tạo cấu trúc chặt nhờ các liên kết cầu Sự hình thành RS ngoài sự ảnh hưởng bởi bản chất nguyên liệu (hàm lượng amylose, độ dài mạch amylose), còn phụ thuộc các thông số xử lý nhiệt ẩm để hồ hóa (nhiệt độ, thời gian, độ đặc tinh bột) và quá trình ủ bột để thoái hóa bột sau đó (thời gian, nhiệt độ của gel) (Eerlingen, 1993)

13

Một phương pháp để làm tăng năng suất RS là thủy phân tinh bột bằng axit (Man, 2012) Một số nghiên cứu đã báo cáo rằng tinh bột đã hồ hóa và thoái hóa dễ thủy phân hơn tinh bột nguyên thủy và làm tăng rõ rệt năng suất RS (Zhao, 2009) Amylopectin có thể bị thủy phân axit thành mạch thẳng giống như amylose, nên xử

lý axit đối với tinh bột thoái hóa sẽ làm tăng năng suất RS

Nguyên liệu bột hay tinh bột có hàm lượng amylose càng cao (so với amylopectin) thì độ tiêu hóa càng thấp do có sự tỷ lệ thuân giữa hàm lượng amylose

và sự hình thành RS khi chế biến (Sievert, 1989) Chính vì điều này, tinh bột trước khi xử lý nhiệt ẩm có thể xử lý bằng enzym cắt nhánh, chẳng hạn isoamylase và pullulanase để thủy phân liên kết α-1,6-glucozit tạo mạch thẳng nhiều hơn

Sự hình thành RS cũng phụ thuộc vào độ dài mạch amylose Eerlingen và cộng sự (1993) đã thủy phân amylose tinh bột khoai tây thành các mức khác nhau

nhờ ủ với enzym -amylase Cùng với các nghiên cứu khác, đến nay người ta đã biết mức độ polyme hóa DP < 100 thì độ dài mạch không đủ dài để tạo RS, DP trong khoảng 100-260 là thích hợp nhất cho tạo RS cực đại, nếu DP > 300 lại quá dài để sắp xếp mạch cho kết tinh trơ (Eerlingen, 1993)

1.2.2 Một số đặc điểm RS3

Các nghiên cứu cho rằng RS3 có đặc điểm của chất xơ không hòa tan nhưng

có lợi ích như chất xơ hòa tan RS3 được đánh giá là rất bền với nhiệt độ và các tác nhân xử lý Tinh bột trơ không bị thủy phân thành D-glucose trong ruột non trong vòng 120 phút sau khi ăn nhưng bị lên men ở ruột kết RS3 hoạt động như là một rào chắn cản trở sự hấp phụ của chất béo và hạn chế thất thoát hơi ẩm trong quá trình chế biến (Sanz, 2010) Theo như những đặc tính về cấu trúc, amylose có thể có khả năng liên kết nước cao hơn tinh bột gốc Trong RS, khả năng giữ nước thấp hơn

và khả năng liên kết nước cao hơn dẫn tới làm giảm hoạt độ nước (aw), nên làm tăng tuổi thọ của sản phẩm Sử dụng RS3 ở nồng độ 10-20% làm tăng giá trị dinh

1.3.1 Tinh bột trơ của gạo

Công nghệ chế biến được chứng minh là có tác động nhiều đến tốc độ tiêu hóa của tinh bột gạo Chần gạo qua nước sôi được ghi nhận là làm giảm tỷ lệ tiêu hóa của tinh bột gạo Làm chín gạo bằng hơi nước tạo ra nhiều tinh bột trơ hơn là bằng cách nấu chín bình thường hay nấu chín bằng áp suất (Rashmi, 2003) Kim và cộng

sự (2006) đã nghiên cứu ảnh hưởng của hàm lượng amylose, quá trình hấp, chần, ép đùn và những xử lý sau nấu chín đến hàm lượng tinh bột trơ tạo thành ở những giống lúa khác nhau Nhóm tác giả đã đi đến kết luận rằng khả năng sản xuất RS bị ảnh hưởng nhiều bởi hàm lượng amylose của gạo, lượng nước sử dụng để nấu chín

và làm nguội sau khi nấu Những giống lúa có hàm lượng amylose cao hơn thì lượng RS tạo ra sau chế biến nhiều hơn so với những giống có amylose thấp Lượng

RS ở trong gạo sống dao động từ 0,1 đến 0,26 g/100g chất khô và trong gạo chế biến ép đùn từ 0,13 đến 0,14g/100g chất khô Sự hình thành của RS ở gạo sau quá trình kết hợp giữa nấu chín và làm nguội dao động từ 0,6 đến 5,1g/100g chất khô Việc giảm tỷ lệ gạo: nước (1:2) và làm nguội (24 giờ ở 4°C) sau khi nấu chín làm tăng đáng kể lượng RS tạo thành Quá trình ép đùn lại làm giảm hàm lượng RS ở gạo có chứa RS cao từ 0,42 xuống 0,16 g/100g chất khô (Kim, 2006)

Trong nghiên cứu sản xuất ra RS từ tinh bột gạo, Shi và Trzasko (1997) đã đưa

ra một phương pháp xử lý tinh bột có chứa amylose cao với hàm lượng amylose ít nhất là 40% (w/w), lượng nước từ 10-80% (w/w), gia nhiệt ở nhiệt độ từ 60 đến 160°C nhằm tạo ra tinh bột trơ dạng hạt với hàm lượng chất xơ tổng số ít nhất là 12% Sự hình thành tinh bột gạo không có bề mặt sáp với khả năng tiêu hóa thấp hơn và do vậy mà kháng với α-amylaza cao hơn khi gia nhiệt tới 140°C có thể là do

15

sự hình thành của một số phần có khối lượng phân tử nhỏ hơn từ quá trình thủy phân bởi nhiệt của tinh bột cùng với phần tái kết tinh khác ở những nhiệt độ làm nguội khác nhau Việc làm nguội và tái kết tinh của những phần tinh bột nhỏ hơn này không thể cho phép những hạt sắp xếp lại trật tự dẫn đến cản trở việc tiếp cận với α-amylaza Khi tinh bột bị gelatin hóa dưới điều kiện hàm ẩm cao và làm nguội thì trật tự sắp xếp của những phân tử amylose với nhau dẫn đến hình thành nên một thể gel bền chặt (Shi, 1997) Tinh bột trơ ở dạng tinh thể không hòa tan được tạo ra nhờ quá trình thoái hóa có kiểm soát Xử lý nhiệt ẩm tại nhiệt độ tan chảy (Tm) cũng được sử dụng để đánh giá khả năng tiêu hóa và đặc tính hồ hóa của tinh bột gạo Anderson và cộng sự (2002) đã chỉ ra rằng tinh bột (với 20% hàm ẩm) được gia nhiệt đến nhiệt độ tan chảy (Tm) và giữ trong 60 phút có khả năng tiêu hóa chậm hơn so với những mẫu không bị gia nhiệt (Anderson, 2002)

Kim và cộng sự (2006) cũng đã nghiên cứu để thu nhận tinh bột trơ từ gạo bằng nhiều cách khác nhau như nấu chín gạo trắng hay gạo lứt, luộc hoặc hấp bằng hơi, sử dụng hạt nguyên hay dạng bột, và hạt hay bột bị thoái hóa một phần từ hàm lượng amylose là 22,25% Kết quả là gạo lứt và gạo bị thoái hóa có chứa lượng RS cao nhất (3,7% và 4,6%), còn gạo được luộc chín có chất lượng thấp (1,5% RS) Tổn thất về RS trong quá trình luộc chín cũng khá cao do amylose bị thất thoát mất Ảnh hưởng của xử lý bằng vi sóng lên hàm lượng RS và enzym trong gạo trắng và gạo lứt cũng được khảo sát Hàm lượng tinh bột của gạo được duy trì hoặc tăng lên khi gạo được nấu chín bằng lò vi sóng Hiện tượng tăng này hoàn toàn phù hợp bởi quá trình gelatin hóa tinh bột và do vậy tính mẫn cảm với sự tấn công của enzym lớn hơn Gạo được nấu chín có hàm lượng RS cao hơn là gạo sống do sự sản sinh ra tinh bột thoái hóa Mặc dù hàm lượng RS tạo ra trong gạo tăng lên nhờ những công nghệ chế biến như gia nhiệt, nấu chín, làm nguội và lạnh đông, nhưng những tác động này không phải là quá lớn (Rashmi, 2003) Guraya và cộng sự (2001) đã chỉ cho thấy sử dụng enzym pullulanaza với liều lượng 10g pullulanaza / 100g tinh bột để cắt mạch tinh bột sáp và không có sáp trong 4-24 giờ đã làm tăng

16

lượng RS tạo thành từ 30-44% đối với tinh bột có chứa sáp và từ 40-50% đối với tinh bột không sáp (Guraya, 2001) Jirapa (2008) đã nghiên cứu sản xuất RS3 từ tinh bột gạo có hàm lượng amylose cao (32,1%) bằng phương pháp thủy phân enzym Kết quả cho thấy hàm lượng RS3 tăng lên từ 4,12% đến 19,81% trọng lượng khô khi sử dụng enzym pullulanaza nồng độ 12 đơn vị/g tinh bột để thủy phân cắt mạch ở nhiệt độ 121°C và ủ ở 55°C trong 16 giờ, kết hợp với chu trình cấp đông-rã đông ở -10/30°C (Jirapa, 2008)

1.3.3 Sử dụng enzym làm tăng hàm lượng RS3

Xử lý tinh bột bằng enzym có thể làm tăng hàm lượng RS do làm tăng lượng amylose thông qua quá trình cắt mạch các phân tử amylopectin Những loại enzym thường được sử dụng để xử lý làm tăng RS gồm pullulanase và isoamylase Phương pháp này sản xuất sản phẩm RS duy trì được tính chất nấu nướng như của tinh bột gạo không xử lý, nhưng lại có tỷ lệ RS cao Phương pháp này sản xuất được RS3 từ

17

các tinh bột và bột gạo hàm lượng amylose thấp, lần lượt là 24% và 20% Phương pháp này có thể áp dụng để sản xuất RS từ nhiều loại thực vật như sắn, ngô, lúa mỳ, khoai tây, đại mạch, sago, dong…

Zhang và Jin (2011) đã đưa ra phương pháp sản xuất sản phẩm chứa RS cao bằng cách thủy phân tinh bột ngô sử dụng enzym pullulanase Ở điều kiện thủy phân tối ưu: thời gian 32 giờ; 46°C; pH=5,0; 12 ASPU/g pullulanase, hàm lượng

RS đạt cao nhất là 44,7g/100 g Mặc dù hàm lượng amylose tăng, làm tăng lượng RS3, nhưng quá trình sản xuất mà có quá nhiều mạch ngắn (DP<10) có thể gây ức chế kết tinh tạo ra làm cho lượng RS thấp hơn Bởi vậy, khi cắt mạch việc lựa chọn enzym là rất quan trọng cũng như lựa chọn pH thích hợp và nhiệt độ sử dụng để tạo điều kiện thuận lợi nhất cho enzym hoạt động Hơn nữa, việc tìm ra thông số nhiệt

độ, thời gian cũng như nồng độ enzym sử dụng cũng rất quan trọng quyết định đến hàm lượng RS tạo thành (Singh, 2003)

1.4 Một số nghiên cứu về tinh bột trơ tại Việt Nam

Cho đến nay, tinh bột trơ loại RS3 chưa nhận được nhiều sự quan tâm của các nhà khoa học Việt Nam Một số nhà khoa học Việt Nam có tiến hành nghiên cứu vấn đề này khi họ thực hiện ở nước ngoài phục vụ luận án nghiên cứu sinh của họ Chẳng hạn, từ năm 2005, một nghiên cứu đánh giá khả năng tiêu hóa của tinh bột dong riềng của Việt Nam sử dụng làm miến mới được tiến hành tại Nhật Bản Kết quả chỉ ra rằng tinh bột dong riềng có một số đặc tính khác với tinh bột khác (khoai tây, sắn, khoai lang) như có hàm lượng amylose tương đối cao Nhiệt độ hồ hóa cao

so với các tinh bột khác và đặc biệt, tinh bột dong riềng có khả năng kháng với sự thủy phân của α-amylaza tương tự với tinh bột khoai tây (Phạm Văn Hùng, 2005) Một nghiên cứu theo cách phối hợp như vừa nêu là của tác giả Lê Quang Trí tại Trung tâm Vật liệu sinhh học nông nghiệp, Đại học Quốc gia Seoul Nhóm tác giả này chọn vật liệu là tinh bột sắn và tinh bột gạo, nhưng phương pháp enzym đã sử

18

dụng lại là làm tăng mức độ nảy nhánh của phân tử tinh bột để dẫn đến làm cho chúng trơ với α-amylase (Le, 2009; Chang, 2008)

Cho đến gần đây, nghiên cứu về tinh bột trơ dạng RS3 mới bắt đầu được chú ý

và khởi động từ chính những nhà khoa học đã có kinh nghiệm nghiên cứu về RS3 ở nước ngoài trở về Đáng chú ý là các nghiên cứu của nhóm nghiên cứu tại Trường Đại học Quốc tế - Đại học Quốc gia TP HCM do Phạm Văn Hùng dẫn đầu Từ

2012, nhóm này nghiên cứu ảnh hưởng của quá trình cắt mạch tinh bột bằng enzym

và điều kiện bảo quản đến hàm lượng RS của tinh bột khoai tây và tinh bột sắn đã cho thấy rằng tinh bột khoai tây sau khi được cắt mạch bởi enzym pullulanse được hấp rồi bảo quản ở -18ºC có hàm lượng RS cao hơn so với tinh bột sắn được xử lý cùng một điều kiện Tinh bột sau khi cắt mạch có độ nhớt và độ trong thấp hơn nhưng khả năng hòa tan lại cao hơn tinh bột gốc (Phạm Văn Hùng, 2012)

Đề tài "Nghiên cứu cơ chế hình thành dạng tinh bột không bị thủy phân ứng

dụng trong phòng chống các bệnh tiểu đường và béo phì" đã được thực hiện tại

Trường Đại học Quốc tế - Đại học Quốc gia TP HCM do Phạm Văn Hùng chủ nhiệm Đây là đề tài do Nafosted tài trợ giai đoạn 2013-2015 Theo kết quả công bố trong các bài báo Quốc tế của nhóm tác giả này thì nhiều loại tinh bột đã được chọn làm đối tượng nghiên cứu tinh bột trơ (Phạm Văn Hùng, 2012-2015) Đề tài này đã

có có kết quả nghiên cứu với tinh bột chuối Theo đó tinh bột chuối có cấu trúc tinh thể dạng C, độ trương nở thấp và khả năng kháng với α-amylaza cao Khi tinh bột chuối bị cắt mạch và thoái hóa có cấu trúc dạng B với hàm lượng RS tăng lên từ 11,2% (mẫu gốc) đến 48,1% (mẫu sau xử lý) (Phạm Văn Hùng, 2013) Đề tài này cũng có kết quả nghiên cứu công bố với khoai lang và củ từ (Phạm Văn Hùng, 2014) Kết quả chỉ cho thấy hàm lượng RS ở khoai lang đã tăng từ 14,7% (tinh bột gốc) đến 42,1% khi sử dụng kết hợp giữa xử lý nhiệt ẩm và axit Hàm lượng RS ở

củ từ cũng tăng từ 21,6% đến 46,4% khi cùng được xử lý một phương pháp như vậy Đồng thời, hàm lượng RS tạo ra sau khi xử lý kết hợp giữa nhiệt ẩm và axit cao hơn so với xử lý nhiệt ẩm mà không dùng axit Tinh bột sau khi xử lý có độ

19

trương nở và độ nhớt giảm nhưng độ hòa tan lại tăng lên Trong 3 loại axit sử dụng thử nghiệm thì axit xitric có ảnh hưởng nhiều nhất đến sự hình thành của RS và đặc tính của tinh bột tiếp đến là axit lactic và axit axetic

Đề tài do Phạm Văn Hùng chủ nhiệm cũng đã chọn gạo để nghiên cứu sản xuất tinh bột trơ và đã có những kết quả về hàm lượng amylose và RS trong một số giống lúa cũng như đã kết hợp xử lý axit với nhiệt ẩm để làm tăng RS (Phạm Văn Hùng, 2015) Những kết quả và kinh nghiệm của nhóm này thực sự rất cần được trao đổi và học hỏi Tác giả thực hiện đề tài của Nafosted đã chú trọng nghiên cứu

cơ bản và khảo sát rộng với nhiều đối tượng nên chưa có điều kiện để phát triển sản phẩm

Các nhóm nghiên cứu khác ở trong nước chưa có nhóm nào đi chuyên như nhóm của Trường Đại học QT Mặc dù vậy cũng có vài nghiên cứu nhỏ lẻ, ví dụ đề tài “Nghiên cứu chế biến tinh bột ấu biến tính và ứng dụng trong sản xuất miến” do Trường Đại học An Giang thực hiện Nhóm thực hiện báo cáo kết quả nghiên cứu cho thấy các phương pháp biến tính vật lý và hóa học có ảnh hưởng đến sự thay đổi các tính chất của tinh bột ấu Kết quả so sánh các chế độ biến tính tối ưu trong từng phương pháp biến tính (nhiệt ẩm, nhiệt khô và hóa học) cho thấy phương pháp biến tính nhiệt ẩm (55oC; 16 giờ) là thích hợp nhất để tạo nên loại tinh bột ấu phù hợp để chế biến sản phẩm miến Thay thế tinh bột đậu xanh bằng tinh bột ấu biến tính 20%

là phù hợp cho làm miến từ tinh bột đỗ xanh Việc kéo dài thời gian giữ lạnh khối bột sau khi hồ hóa đã giúp cải thiện chất lượng sản phẩm Tuy nhiên, sau 4 giờ sự thay đổi chất lượng là không đáng kể (Hồ Minh Thảo, 2014)

Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội, gần đây có thực hiện một đề tài cấp bộ liên quan tới tinh bột thóa hóa Nhưng mục tiêu không phải nhằm làm tăng hàm lượng tinh bột trơ RS3 do quá trình thoái hóa tinh bột mà lại là ngược lại Nhóm này đã nghiên cứu và ứng dụng công nghệ để làm chậm quá trình thoái hóa cấu trúc tinh bột để sản xuất một số loại bánh tươi từ nguyên liệu gạo (Lương Hồng Nga, 2014)

20

CHƯƠNG 2 VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

2.1 Vật liệu nghiên cứu

2.1.1 Đối tượng nghiên cứu

- 2 loại bột gạo có amylose cao: Gia Lộc 601, Q5

- 2 loại bột gạo có amylose trung bình: IR50404, OM576 (Hầm Châu-Sóc Miên)

- 2 loại bột gạo có amylose thấp: ML49, Khau Chàm

2.1.2 Thiết bị, dụng cụ, hóa chất

Các loại thiết bị:

- Cân phân tích điện tử

- Máy đo quang phổ

- Nồi hấp áp suất autoclave

- Máy nghiền, rây

- Các hóa chất: Iot, methanol, aceton, axit clohidric, axit sunfuric…

- Các thuốc thử pheling A, pheling B…

- Các enzym: pullulanase 1350 NPUN/g,α-amylase, protease

2.2 Nội dung nghiên cứu

- Xác định hàm lượng tinh bột, amylose, protein, lipit, độ ẩm, tinh bột trơ của các mẫu bột gạo

- Đánh giá ảnh hưởng của hàm lượng amylose tới hàm lượng tinh bột trơ hình thành

- Đánh giá ảnh hưởng của xử lý kết hợp thủy phân enzym với xử lý nhiệt ẩm tới hàm lượng tinh bột trơ của tinh bột gạo

- Xác định cấu trúc tinh bột

2.3 Phương pháp nghiên cứu, kỹ thuật sử dụng

2.3.1 Phương pháp xử lý nhiệt ẩm và kết hợp enzym nhằm gia tăng hàm lượng tinh bột trơ RS3

Được tiến hành theo Jirapa và CS (2008) với quy trình nêu trên hình 2 Ở phương pháp xử lý nhiệt ẩm, tinh bột gạo được bổ sung nước cất với tỉ lệ 1/2 sau đó khuấy nhẹ ở nhiệt độ phòng trong 1 giờ Tiến hành quy trình hấp nhiệt ẩm autoclave

ở nhiệt độ 121oC và thời gian 30 phút Dịch hồ hóa được để nguội trong nhiệt độ phòng và bắt đầu quy trình làm thoái hóa nhằm gia tăng hàm lượng tinh bột trơ RS3 Quy trình thoái hóa bắt đầu bằng đưa dịch hồ hóa về 10oC trong 16 giờ rồi thực hiên chu trình đông - rã đông: đưa về -4oC trong 16 giờ sau đó đưa về nhiệt độ phòng để rã đông Sản phẩm tạo thành được lọc bằng nước và cồn 70% sau đó được

2.3.2 Phương pháp tách tinh bột gạo

Để tách tinh bột gạo, chúng tôi sử dụng phương pháp ngâm trong nước kiềm (Ju và CS, 2001) Hình 4 đã thể hiện quy trình tách tinh bột gạo Với 100g bột gạo ban đầu, bổ sung 400 ml hexan nhằm loại bỏ chất béo Kết thúc quá trình tách béo,

để khô bột gạo trong 24 giờ

Tiếp theo, thực hiện quá trình loại bỏ protein theo các bước:

- Bổ sung 400 ml nước, nhiệt độ 20oC và lắc trong 4 giờ rồi để lắng Lớp váng trên bề mặt hỗn hợp sẽ được loại bỏ

- Bổ sung 400 ml muối NaCl 5%, nhiệt độ 20oC và lắc trong 4 giờ rồi để lắng Lớp váng trên bề mặt hỗn hợp sẽ được loại bỏ

- Bổ sung 400 ml dung dịch NaOH 0,02M, nhiệt độ 20oC, pH 11 và lắc trong

30 phút rồi để lắng Lớp váng trên bề mặt hỗn hợp sẽ được loại bỏ

- Bổ sung 300 ml EtOH 70%, nhiệt độ 20oC và lắc trong 4 giờ rồi để lắng Lớp váng trên bề mặt hỗn hợp sẽ được loại bỏ

Sau khi loại bỏ protein trong gạo, tinh bột này sẽ được rửa bằng 600ml nước cất, 300ml cồn 96% và 300ml aceton sau đó đem ly tâm 100rpm rồi phơi khô trong 24h để thu được tinh bột

Bột gạo ban đầu được trải qua các quá trình sẽ hình thành tinh bột thô Tinh bột thô này sau đó được đem rửa với nước, cồn, acetone sau đó được ly tâm và phơi khô sẽ được tinh bột có độ tinh sạch đến 99%

24

Hình 4 Quy trình tách tinh bột gạo

có khối lượng phân tử thấp Sau đó dịch lọc được thực hiện theo quy trình của phẫn mẫu thứ nhất Chênh lệch giữa các lần đo của 2 phần mẫu thử được nhân hệ số để thu được hàm lượng tinh bột của mẫu

b) Hàm lượng amylose:

Hàm lượng amylose được xác định theo TCVN 5716-2:2008 Gạo được nghiền thành bột mịn để phá vỡ cấu trúc nội nhũ nhằm hỗ trợ sự phân tán và gelatin hóa hoàn toàn Phần mẫu thử được hòa vào dung dịch natri hydroxit, sau đó lấy một phần của dung dịch chiết này và cho thêm dung dịch iot Sử dụng máy đo quang phổ để đo độ hấp phụ của phức màu tạo thành ở bước xong 720nm Hàm lượng amylose của mẫu được xác định dựa vào đường chuẩn, đường chuẩn này được xây dụng sử dụng các mẫu gạo đã biết hàm lượng amylose

c) Định lượng lipid

Dựa theo TCVN 4331:2001 xác định hàm lượng chất béo bằng bộ chiết béo VELP: dựa vào tính tan hoàn toàn của chất béo vào dung môi hữu cơ, dung dung môi hữu cơ trích ly chất béo có trong mẫu Sau đó làm bay hơi hết dung môi, chất béo còn lại đem cân, tính ra hàm lượng chất béo có trong mẫu Hàm lượng chất béo

tính bằng % theo công thức:

Chất béo =𝑚1−𝑚2

𝐺 ∗ 100 (%)

26

Trong đó: m1: khối lượng của cốc (g)

M2: khối lượng của cốc và khối lượng của chất béo sau khi sấy (g)

G: khối lượng mẫu (g)

d) Định lượng protein

Dựa theo TCVN 4328:2007 sử dụng máy chưng cất đạm bán tự động định

lượng protein thô theo phương pháp Kjeldahl, Phương pháp này chia làm 3 giai đoạn: vô cơ hóa mẫu, chưng cất và chuẩn độ mẫu Protein được tính dựa trên hàm lượng nito x hệ số chuyển đổi Xác định hàm lượng protein theo công thức:

Protein (%) = 6,25 x N (%)

e) Hàm lượng tro và độ ẩm của tinh bột

Được xác định theo phương pháp phân tích thành phần hoá học của AOAC (Association of Official Agricultural Chemists) Sấy và cân chén nung tới khối lượng không đổi Cân chính xác một lượng mẫu cho vào lò nung ở 525oC và nung tới khối lượng không đổi Hàm lượng tro được tính bởi công thức:

Hàm lượng tro = 𝑚2 −𝑚 1

𝑚2 ∗ 100%

Trong đó: m2: khối lượng mẫu trước khi nung

m1: khối lượng mẫu sau khi nung

f) Đo độ nhớt của tinh bột

Các tính chất hóa nhão được đo bằng nhớt kế nhanh (RVA – Rapid Visco Analyser RVA Model 3, Newport Scientific Pty Ltd., Warriewood, Úc) theo phương pháp của AACC 61-02 (AACC, 1995) Hòa tan 3 g bột gạo (13.5 % độ ẩm)

và 25 g nước cất vào trong ống nhôm và nạp vào nhớt kế nhanh RVA Hỗn hợp này được khuấy trộn 900 rpm trong 10 giây đầu tiên và giảm xuống 160 rpm cho đến khi kết thúc phép đo Đun mẫu bột gạo nhão ở 50oC trong 1 phút, sau đó tăng lên

27

95oC với tốc độ nâng nhiệt là 12oC/ phút và giữ tại nhiệt độ đó trong 2.5 phút Sau

đó, làm nguội mẫu gạo xuống 50oC với tốc độ giảm nhiệt 12oC/ phút và duy trì mức

50oC trong 2 phút khi kết thúc Mỗi nghiêm thức được đo hai lần Truy xuất phần mềm Thermocline để xác định độ nhớt đỉnh (PV), độ nhớt đáy (HV), độ nhớt cuối (FV), độ nhớt set back (SB=FV-PV) và độ nhớt break down (BD=PV-HV) và nhiệt

độ hóa nhão (PT, oC)

Hình 5 Đường cong đặc tính RVA của gạo (PT: nhiệt độ hóa nhão, PV: độ nhớt đỉnh; BD: độ nhớt break down; HV: độ nhớt đáy; FV: độ nhớt cuối và SB: độ nhớt setback)

g) Phân tích nhiệt vi sai DTA (Differential Thermal Analysis) được thực hiện

trên thiết bị phân tích nhiệt TA-50 Shimadzu tại Phòng Phân tích nhiệt, Viện Hoá học, Viện KH&CN Việt Nam Các mẫu đều được phân tích trong khí quyển nitơ

với tốc độ gia nhiệt 100/phút từ nhiệt độ phòng đến 800C

h) Chụp ảnh hiển vi điện tử quét (SEM) được thực hiện trên máy FESEM tại

Viện Khoa học Vật liệu - Viện Khoa học và Công nghệ Việt Nam

i) Giản đồ nhiễu xạ Rơnghen (nhiễu xạ tia X) được đo trên máy nhiễu xạ