Downloaded 26 times
![1
MỞ ĐẦU
Hiện nay bệnh đái tháo đường, thừa cân, béo phì và ung thư đại trực tràng đang trở thành
những bệnh phổ biến trên thế giới nói chung và ở Việt Nam nói riêng. Hội đái tháo đường
Quốc tế (IDF) thống kê năm 2019 có hơn 463 triệu người mắc bệnh, trong đó có 1,6 triệu
người chết/năm và dự đoán tử vong lớn vào năm 2030. Một trong những nguyên nhân
gây ra vấn đề này là do khẩu phần ăn liên quan đến tinh bột. Về thừa cân, béo phì, có đến
35,8 triệu ca mắc bệnh và 2,8 triệu người chết/năm với độ tuổi ngày càng trẻ hóa [1]. Số
liệu của WHO năm 2018 [2] cũng chỉ ra rằng hằng năm có 1,8 triệu ca tử vong về ung
thư đại trực tràng, đứng thứ 3 trong số 9,6 triệu ca tử vong/năm về các bệnh ung thư. Thói
quen sử dụng nhiều tinh bột có thể dẫn đến nguy cơ mắc những căn bệnh trên đây ngày
càng lớn hơn. Do đó, giới nghiên cứu ngày càng quan tâm hơn đến việc tạo các sản phẩm
từ tinh bột có khả năng sinh đường thấp [3].
Phần tinh bột thoát khỏi quá trình tiêu hóa ở ruột non và được xác định không thể tiêu
hóa được trong vòng 120 phút gọi là tinh bột kháng tiêu hóa - RS. Tinh bột kháng là
nguồn carbohydrate không tiêu hóa dồi dào nhất, rất tốt cho các bệnh nhân đái tháo đường
và có thể quan trọng như NSP (polysacarit không chứa tinh bột). Chúng làm tăng cường
hấp thu khoáng và ngăn ngừa các bệnh viêm ruột, ung thư đại trực tràng (IBD) [4]. Tiềm
năng của RS không chỉ như một chất xơ ăn kiêng mà chúng có nhiều chức năng sinh lý
tốt khác. Chẳng hạn như RS có khả năng tăng sinh vi khuẩn tạo các axit béo chuỗi ngắn
(SCFAs) trong đó có butyric giúp hỗ trợ sức khỏe đường ruột [5], [6], [7]. RS không chỉ
thể hiện tác dụng sinh lý kể trên mà còn có những tính chất chức năng đặc biệt trong chế
biến thực phẩm [8], [9]. Tùy thuộc vào phương pháp biến đổi tinh bột tạo RS mà những
tính chất này có thể khác nhau. Tuy nhiên các tính chất nổi trội chủ yếu có ích trong việc
cải thiện chất lượng trong các sản phẩm bánh khô thường được đề cập là kích thước hạt
mịn, mùi dễ chịu, màu trắng, nhiệt độ hồ hóa cao, khả năng liên kết nước kém, trương nở
tốt, tạo gel tốt, giữ kết cấu giòn, xốp [10], [11], [12]. Sản phẩm thực phẩm có nguồn tinh
bột được thay thế bằng RS có thể đem lại sự cải thiện về một số chỉ tiêu chất lượng trong
sản xuất đồng thời còn giữ vai trò như một prebiotic mang lại lợi ích cho sức khỏe người
tiêu dùng [13], [14], [15], [16], [17].
Các đặc tính sinh lý, tính chất chức năng cũng như hàm lượng RS khác nhau tùy thuộc](https://image.slidesharecdn.com/nghincusnxuttinhbtkhngtiuhattinhbtuxanhvngdngtrongchbinthcphm-230721165255-10c79ead/75/Nghien-c-u-s-n-xu-t-tinh-b-t-khang-tieu-hoa-t-tinh-b-t-d-u-xanh-va-ng-d-ng-trong-ch-bi-n-th-c-ph-m-17-2048.jpg)
![2
vào nguồn gốc, loại nguyên liệu và phương pháp biến đổi [18]. Do vậy, các nhà khoa học
không ngừng tìm kiếm nguồn nguyên liệu tại khu vực để gia tăng lượng tinh bột kháng
này. Đậu xanh được biết đến với lợi thế là nguồn tinh bột lớn và khó tiêu [19], [20], [21],
[22]. Ủy ban về chế độ ăn lành mạnh từ hệ thống thực phẩm bền vững (The EAT-Lancet
Commission on Healthy Diets from Sustainable Food Systems) kết luận rằng mức tiêu
thụ các loại đậu trên toàn cầu sẽ tăng gấp đôi vào năm 2050 [24]. Ở Việt Nam nguồn
cung nguyên liệu này khá dồi dào do điều kiện tự nhiên và khí hậu thích hợp. Số liệu năm
2018 thống kê diện tích trồng là 80.339 ha, với tổng sản lượng là 83,668.8 tấn/năm [25].
Ưu thế của việc chọn đậu xanh làm nguồn tạo RS còn nằm ở chỗ khả năng tách và làm
sạch tinh bột dễ dàng. Hơn thế nữa hạt tinh bột đậu xanh nhẵn, mịn, nhỏ, hàm lượng
amylose (AM), RS cao, phân bố nhánh của amylopectin (AP) trong khoảng 13-36 ĐvG
lớn [26], [27], [28] là điều kiện tốt để làm giàu RS. Bên cạnh đó, về mặt tính chất chức
năng, tinh bột đậu xanh còn thể hiện ưu điểm như độ trương nở thấp, tính chất hồ hóa tốt
tạo độ đàn hồi, tạo gel tốt có thể thuận lợi cho việc ứng dụng vào các sản phẩm sợi hoặc
bánh có độ ẩm thấp [12], [29], [30], [31]. Các đặc điểm vốn có của tinh bột đậu xanh như
kể trên cần được nghiên cứu và làm rõ.
Không chỉ tìm kiếm các nguồn nguyên liệu có nhiều lợi thế, các phương pháp làm giàu
tinh bột kháng cần được chọn lọc cho phù hợp. Các tác nhân vật lý và enzym được quan
tâm nhiều hơn so với các tác nhân hóa học trong việc gia tăng hàm lượng RS do tính an
toàn trong tồn dư [3], [32], [33], [34]. Ưu điểm của các phương pháp này là hiệu quả cao
nhưng nhược điểm là thời gian kéo dài và tốn kém. Sử dụng enzyme pullulanase là
phương pháp hữu hiệu để cắt các nhánh trong phân tử AP tạo ra lượng mạch thẳng ngắn
và trung bình- điều kiện để tăng khả năng xoắn, tạo độ kết tinh hình thành RS [35]. Trong
khi đó, vi sóng là phương pháp gia nhiệt vật lý an toàn có lợi thế về thời gian xử lý ngắn,
cắt mạch AM và tạo điều kiện cho các mạch ngắn sát nhau có thể dễ dàng tạo xoắn kép-
một cơ sở làm tăng RS [36], [37], [38], [39]. Các phương pháp kết hợp tỏ ra hiệu quả hơn
được nhiều nhà khoa học chú ý [13], [40], [41], [42]. Do vậy, sự kết hợp hai biện pháp
enzyme và gia nhiệt bằng vi sóng để biến đổi loại tinh bột đậu xanh có hàm lượng AM
cao với mục đích làm giàu RS và ứng dụng vào sản phẩm bánh quy không gluten, sinh
đường thấp là một quy trình đáng quan tâm nghiên cứu.](https://image.slidesharecdn.com/nghincusnxuttinhbtkhngtiuhattinhbtuxanhvngdngtrongchbinthcphm-230721165255-10c79ead/75/Nghien-c-u-s-n-xu-t-tinh-b-t-khang-tieu-hoa-t-tinh-b-t-d-u-xanh-va-ng-d-ng-trong-ch-bi-n-th-c-ph-m-18-2048.jpg)
![4
CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU, MỤC TIÊU VÀ
NHIỆM VỤ NGHIÊN CỨU
Đậu xanh và tinh bột đậu xanh
1.1.1 Đậu xanh
1.1.1.1 Giới thiệu chung
Đậu xanh hay đỗ xanh (Mung bean, green gram) là tên thường gọi của loài Vigna
radiata (L.) R. Wilczek. Theo Tổ chức Nông lương Thế giới (FAO), loài đậu xanh (Vigna
radiata) bắt nguồn từ Ấn độ và Trung Á, sau đó lan sang nhiều khu vực khác của Châu
Á.
Sự phân bố rộng rãi của cây đậu xanh từ Châu Á đến Châu Phi, Châu Âu, Châu Úc là do
cây đậu xanh có khả năng thích ứng rộng, chịu hạn khá và có thể thích nghi với các vùng
có điều kiện khắc nghiệt [43]. Hơn thế nữa, các nốt sần trên rễ cây đậu xanh còn có khả
năng cố định nitơ, cải tạo và làm giàu chất dinh dưỡng cho đất [43]. Nhưng hơn hết vẫn
là hạt đậu xanh, sản phẩm quan trọng của quá trình canh tác cây, được sử dụng nhiều làm
thực phẩm với các tác dụng dược lý xác định.
Ở Việt Nam đậu xanh được trồng trên khắp cả nước từ Bắc chí Nam. Đây là loài cây rau
quan trọng và là một loại đậu có giá trị đặc biệt trong văn hóa ẩm thực Việt Nam. Bên
cạnh đó, do có ưu thế về chu kỳ sinh trưởng ngắn (60 – 80 ngày từ lúc mọc mầm đến
chín), kỹ thuật canh tác đơn giản, trồng được nhiều vụ trong năm, dễ luân canh, tăng vụ,
trồng xen, trồng gối với nhiều loại cây khác nên ngày càng được phát triển mạnh. Đậu
xanh đã trở thành cây rất được ưa thích trong hệ thống đa canh hay khi chuyển dịch cơ
cấu cây trồng.
Cây đậu xanh (Vigna radiata) là một chi Đậu (đỗ) (Vigna) gồm có 3 thứ (phân loài): V.
radiata var. Grandiflora; V. radiata var. Radiata; V. radiata var. Sublobata, phổ biến
nhất là thứ V. radiata var. Radiata. Dưới thứ có nhiều giống khác nhau, được trồng, chọn
lọc và lai tạo phù hợp với từng vùng đất. Các giống đậu xanh được trồng phổ biến ở Việt
Nam có những đặc điểm đặc trưng thể hiện trong Bảng 1.1 dưới đây.](https://image.slidesharecdn.com/nghincusnxuttinhbtkhngtiuhattinhbtuxanhvngdngtrongchbinthcphm-230721165255-10c79ead/75/Nghien-c-u-s-n-xu-t-tinh-b-t-khang-tieu-hoa-t-tinh-b-t-d-u-xanh-va-ng-d-ng-trong-ch-bi-n-th-c-ph-m-20-2048.jpg)
![6
Tất cả các giống trên đây đều được Bộ Nông nghiệp và Phát triển Nông thôn quyết định
là giống quốc gia qua sự đề xuất của Trung tâm Khảo kiểm nghiệm giống cây trồng quốc
gia, Cục trồng trọt.
Về sản lượng, Châu Á sản xuất gần 90% tổng sản lượng đậu xanh trên thế giới [44], trong
đó Myanmar và Ấn độ chiếm hơn 50% [45]. Hầu hết lượng đậu xanh ở Ấn Độ dùng để
tiêu thụ trong nước, trong khi Myanmar là nước xuất khẩu lớn nhất khu vực Châu Á, với
mức tăng trung bình hàng năm là 28% (số liệu 2013 - 2014 của FAO, 2019) [44]. Theo
Trung tâm nghiên cứu và phát triển rau quả Châu Á, đã có hơn 5.000 mẫu giống trong
tập đoàn giống đậu xanh lớn nhất thế giới, trong đó có giống cho năng suất 18 - 25 tạ/ha
và thâm canh có thể đạt gần 40 tạ/ha. Đông Nam Á là một trong những vùng lãnh thổ
trồng nhiều đậu xanh (Bảng 1.2, [46]).
Ở Việt Nam, đậu xanh là loại cây trồng đang được Chính phủ ưu tiên trong nhiều năm
gần đây để đáp ứng nhu cầu chuyển đổi cơ cấu cây trồng ở một số địa phương (Quyết
định số 150/2005/QĐ-TT ngày 20/6/2005). Cùng với quyết định của Chính phủ, Bộ Nông
nghiệp đã đưa ra quyết định 3246/QĐ-BNN-KHCN về chiến lược nghiên cứu KHCN giai
đoạn 2013 - 2020 đề cập đến việc phát triển cây, con theo thế mạnh của địa phương.
Trong đó định hướng nghiên cứu và chuyển giao tiến bộ khoa học đến năm 2025 là chọn
tạo và phát triển các giống đậu xanh năng suất 1,2 - 2,5 tấn/ha, chống chịu sâu bệnh tốt,
ngắn ngày, chín tập trung, chất lượng tốt, có hàm lượng protein từ 20 - 22% thích hợp
nhiều vùng sinh thái. Từ nhiều năm nay, việc nghiên cứu và đánh giá các mẫu nhập từ
nước ngoài và thu thập trong nước đã được tiến hành ở các cơ sở nghiên cứu với số lượng
2.596 lượt mẫu giống. Một số giống đậu xanh mới có triển vọng được khảo nghiệm, tuyển
Bảng 1.2 Sản xuất đậu xanh ở một số nước Đông Nam Á, 2016 – 2017
Nước Diện tích trồng
(1000 ha)
Sản lượng (1000
tấn)
Năng suất trung
bình (tấn/ha)
Campuchia 45 54 1,18
Indonesia 207 244 1,18
Lào 2 3 -
Philipin 42 35 0,84
Thái Lan 82 86 1,04
Việt Nam 83 92 1,11
Trích nguồn: Teresa Sequeros, 2021 [267]](https://image.slidesharecdn.com/nghincusnxuttinhbtkhngtiuhattinhbtuxanhvngdngtrongchbinthcphm-230721165255-10c79ead/75/Nghien-c-u-s-n-xu-t-tinh-b-t-khang-tieu-hoa-t-tinh-b-t-d-u-xanh-va-ng-d-ng-trong-ch-bi-n-th-c-ph-m-22-2048.jpg)
![7
chọn, chọn lọc, thuần hóa trên từng vùng sinh thái và được Bộ Nông nghiệp và phát triển
nông thôn cho phép đưa vào sản xuất.
Diện tích trồng đậu xanh trong cả nước năm 2018 đạt 80.339 ha với năng suất bình quân
đạt 1,1 triệu tấn/ha, sản lượng là 83,668.8 tấn [25]. Các tỉnh phía Bắc và Bắc Trung bộ
tính đến Thừa Thiên Huế trồng với diện tích 24,817 ha, chiếm khoảng 31% diện tích
trồng đậu xanh cả nước, năng suất đạt 0,98 tấn/ha. Nam Trung bộ và Nam bộ diện tích
trồng cao hơn hẳn đạt 54,589.6 ha, năng suất 1,16 triệu tấn/ha, thu về 63,379.1 tấn (Viện
Quy hoạch, thiết kế Nông nghiệp, 2018). Đậu xanh được sử dụng ở Việt Nam chủ yếu là
sản xuất bánh khô (từ bột khô) hoặc nhân bánh (từ bột nhão nấu chín), miến (từ tinh bột)
và làm giá đỗ (từ việc nảy mầm hạt đậu).
1.1.1.2 Thành phần hóa học của hạt đậu xanh
Mỗi giống có đặc điểm hình thái, khả năng chống chịu, thích hợp với điều kiện thổ
nhưỡng khác nhau. Hơn thế nữa, ở cùng một loại chủng giống nhưng được trồng ở các
vùng địa lý khác nhau cũng có thành phần hóa học, đặc tính lý hóa cũng như giá trị dinh
dưỡng không giống nhau [48], [19], [20], [49]. Hạt của các loại đậu xanh được đánh giá
là nguồn dinh dưỡng rất phong phú, ngon, rẻ tiền vì chúng có lượng đạm cao hơn các loại
ngũ cốc khác. Protein chiếm 24% so với tổng lượng hạt, trong đó chủ yếu là glubulin
(60%) và albumin (25%), loại giàu các acid amin thiết yếu như phenylalanin, leucine,
isoleucine, valine, arginine và lysine [48], [362]. Lượng carbohydrate cao, trong đó tinh
bột chiếm phần lớn và cũng là nguồn dự trữ năng lượng chính. Ngoài ra, đậu xanh có
nhiều xơ, ít béo, giàu vitamin B, sắt, kali, và các chất chống oxy hóa [44], [27]. Theo ước
tính trung bình trong 100g ăn được, đậu xanh có chứa khoảng 49,6% carbohydrate, 15,4%
chất xơ, 20,9% protein, 1,3% béo, và cung cấp khoảng 325 kcal. Các vi chất dinh dưỡng
trong đó gồm 4,4 mg Fe, 139mg Mg, 350mg P, 180mg K, 1,62mg Zn, 1,16mg Cu, 620µg
Folate trong 100g đậu xanh [49].
Nguồn tinh bột dồi dào trong đậu xanh (30 - 45% trong carbohydrate) đã được sử dụng
rộng rãi trong thực tiễn sản xuất như miến, bánh khô [50], [51]. Các nghiên cứu chuyên
sâu gần đây cho thấy tiềm năng và lợi ích khác của tinh bột đậu xanh khi chúng có chứa
một lượng lớn tinh bột kháng tiêu hóa (Resistant Starch-RS) tự nhiên [52]. Điều này
không chỉ mang lại cảm giác no mà còn giúp ổn định lượng đường trong máu và lượng](https://image.slidesharecdn.com/nghincusnxuttinhbtkhngtiuhattinhbtuxanhvngdngtrongchbinthcphm-230721165255-10c79ead/75/Nghien-c-u-s-n-xu-t-tinh-b-t-khang-tieu-hoa-t-tinh-b-t-d-u-xanh-va-ng-d-ng-trong-ch-bi-n-th-c-ph-m-23-2048.jpg)
![8
insulin sau ăn. Có thể nói tinh bột đậu xanh trở thành lựa chọn tốt cho những người mắc
bệnh đái tháo đường, đồng thời cải thiện tình trạng kháng insulin và quản lý cân nặng của
cơ thể [26], [48].
Với những ưu điểm kể trên, nếu chỉ xem xét tinh bột đậu xanh dưới góc độ như một
nguồn thực phẩm cung cấp protein hay năng lượng là chưa đủ, chúng còn nhiều đặc tính
quý báu hơn từ loại RS. Hình thái, thành phần cấu trúc, tổ chức phân tử và đặc tính lý-
hóa của tinh bột đậu xanh tự nhiên cần được đánh giá để có những tác động biến đổi
phù hợp cho việc làm gia tăng hàm lượng RS [53]. Các đặc điểm này phụ thuộc nhiều
vào chủng loại đậu và phương pháp tách tinh bột [54].
1.1.2 Tinh bột đậu xanh
1.1.2.1 Hình thái, cấu trúc và tổ chức phân tử của hạt tinh bột
• Hình thái của hạt tinh bột đậu xanh
Đặc điểm hình thái bao gồm hình dáng, kích thước và trạng thái bề mặt hạt sẽ mang lại
những hiểu biết căn bản về mối quan hệ của chúng với cấu trúc và tính chất của hạt tinh
bột [53]. Hình dáng và trạng thái bề mặt hạt tinh bột trong các nghiên cứu được xác định
bằng kính hiển vi điện tử quét (SEM) [56]. Nhìn chung, tinh bột đậu xanh đều có hình
dạng hạt oval, elip hoặc hình cầu, trạng thái bề mặt nhẵn mịn, không rãnh, không lỗ, có
thể có vết lõm hoặc không, phụ thuộc nhiều vào chủng loại và nguồn gốc của đậu xanh
(Bảng 1.3). Kuriki và Imanaka (1999) nghiên cứu động học quá trình thủy phân tinh bột
giải thích rằng bề mặt nhẵn mịn, phẳng, không lỗ hay rãnh, cũng là nguyên nhân của sự
thủy phân hạn chế khi có enzyme tiêu hóa tấn công [61].
Sự phân bố kích thước hạt thường được xác định bằng cách sử dụng máy phân tích phân
bố kích thước hạt nhiễu xạ laze (LDS) [55]. Kích thước hạt tinh bột đậu xanh có chiều
dài từ 6,0 μm đến 60,0 μm với chiều rộng là 6,0 - 45,6 μm và có sự khác nhau ở vùng
trồng (Bảng 1.3). Chẳng hạn như đậu xanh ở Canada có chiều dài hạt tinh bột từ 10,0 -
32 μm và chiều rộng là 7 - 20 μm [57], ở Mỹ là 11,0 - 32,4 μm và 11,0 - 19,2 μm [5]
trong khi ở Ấn Độ là 10,0 - 49,2 μm và 7 - 30 μm [58]. So với tinh bột của các loại đậu
khác, tinh bột đậu xanh là loại có kích thước nhỏ [59], [19]. Sandhu và Lim (2008) đã chỉ
ra rằng hàm lượng RS của tinh bột họ đậu có tương quan nghịch với kích thước hạt tinh](https://image.slidesharecdn.com/nghincusnxuttinhbtkhngtiuhattinhbtuxanhvngdngtrongchbinthcphm-230721165255-10c79ead/75/Nghien-c-u-s-n-xu-t-tinh-b-t-khang-tieu-hoa-t-tinh-b-t-d-u-xanh-va-ng-d-ng-trong-ch-bi-n-th-c-ph-m-24-2048.jpg)
![9
bột, cụ thể, hàm lượng RS tăng theo thứ tự là đậu bồ câu< đậu đen< đậu lăng< đậu Hà
Lan< đậu gà < đậu xanh thì kích thước hạt tinh bột giảm tương ứng theo chiều ngược lại
[60]. Một số nghiên cứu kết luận rằng do kích thước hạt tinh bột đậu xanh nhỏ hơn so với
các loại tinh bột khoai tây và ngô nên khó hồ hóa hơn và đó là một nguyên nhân làm tăng
tính kháng tiêu hóa [62], [27]. Như vậy, hình thái hạt tinh bột đậu xanh cũng có thể ảnh
hưởng đến khả năng tiêu hóa của tinh bột, điều này phụ thuộc vào giống loại đậu xanh
và vùng trồng.
Bảng 1.3 Hình dạng, kích thước và trạng thái bề mặt của hạt tinh bột
đậu xanh
Nguồn gốc
Chiều
dài/ ĐK
(µm)
Chiều
rộng
(µm)
Hình dạng Trạng thái bề mặt Tài liệu tham khảo
Mỹ
11,0 -
32,4
11,0 -
19,2
Oval, elip,
không đều
Nhẵn mịn, không
lỗ,
Ma, 2017 [5]
Canada
10,0 -
32,0
7 - 20 Tròn, oval,
Nhẵn mịn, không
lỗ
Hoover, 2010 [53]
Ấn Độ
10,0 -
49,2
7,0 -
30,0
Bầu dục, tròn,
elip, không đều
Có vết lõm trên
hạt hình hạt đậu
Andrabi, 2016 [58]
Hàn Quốc 17 - 17,6 - Hình cầu và oval
Trơn nhẵn,
không rãnh
Kim, 2018 [19]
Ấn độ
16,2 -
17,1
-
Oval lớn và tròn
nhỏ
Trơn nhẵn,
không nứt
Kaur, 2011 [63]
Mỹ
19,3 -
22,7
-
Hình hạt đậu,
cầu
Trơn nhẵn có
rãnh
Xu, 2013 [20]
Thái Lan 22,09 - Oval
Trơn nhẵn,
không nứt
Phrukwiwattanakul,
2014 [27]
• Thành phần phân tử của hạt tinh bột đậu xanh
Tinh bột nói chung được cấu tạo từ 2 thành phần chính là amylose (AM) và amylopectin
(AP). AM là một polymer chủ yếu ở dạng mạch thẳng từ các đơn phân α-D-
glucopyranose liên kết với nhau bằng liên kết α-1-4 glycosidic với một số ít nhánh nhỏ
qua liên kết α-1-6 glycosidic (khoảng 0,1%). AP có cấu trúc phân nhánh cao với khoảng
5% liên kết phân nhánh α-1-6 glycosidic (Hình 1.1).
Hizukuri (1986) [65] đã phân loại nhánh trong AP thành 3 loại A, B và C đồng thời đề
xuất dạng tổ chức của chúng theo mô hình cụm (Hình 1.1). Nhánh A (DP 6−12) có mặt
trong một cụm duy nhất và gắn vào nhánh B hoặc C thông qua các liên kết α-1-6
glycosidic. Nhánh B mang nhánh A hoặc nhánh B khác có thể là B1 (DP 13−24), B2 (DP
25−36) hoặc B3 (DP > 37), tùy thuộc vào độ dài và số cụm mà chúng mang. Nhánh B1,](https://image.slidesharecdn.com/nghincusnxuttinhbtkhngtiuhattinhbtuxanhvngdngtrongchbinthcphm-230721165255-10c79ead/75/Nghien-c-u-s-n-xu-t-tinh-b-t-khang-tieu-hoa-t-tinh-b-t-d-u-xanh-va-ng-d-ng-trong-ch-bi-n-th-c-ph-m-25-2048.jpg)
![10
B2 và B3 lần lượt là loại mở rộng ra một, hai và ba cụm. Nhánh C là nhánh mang đầu
khử duy nhất trong phân tử AP.
Hình 1.1 Cấu trúc của amylose và amylopectin
Hình trái: cấu trúc của AM (EL-cực kỳ dài; L-dài; và S-chuỗi ngắn; Ø-đầu khử [64].
Hình phải: mô hình cụm của AP với chuỗi A (đỏ), B1 (xanh dương), B2 (tím) và B3
(xanh lá). Chuỗi mang đầu khử (Ø) là chuỗi C. -, liên kết α-1,4-glucan; →, liên kết α-
1,6 [65].
Hàm lượng AM trong đậu xanh phụ thuộc vào giống và vùng trồng. Từ Bảng 1.4, ta thấy
tinh bột đậu xanh Trung Quốc trong nghiên cứu của Yao (2019) [21] có %AM từ 31,26
- 31,55%; Đậu xanh Hàn Quốc theo Kim (2018) [19] là 36,9 - 38,5%; Đậu xanh Mỹ theo
Ma (2017) [5] là 38,63% trong khi đậu xanh Thái Lan theo Phrukwiwattanakul (2014)
[27] chỉ là 24,56%. Với lượng AM này, đậu xanh có thể được xếp vào nhóm có %AM
trung bình (20 - 35%) và cao (> 40%) theo phân loại của Hoover (2009) và Tester (2003)
[53], [68] trên tinh bột ngũ cốc và củ. Hoặc phân loại theo Colussi (2014) [69] thì AM
của đậu xanh ở mức cao (25 - 35%) và rất cao (> 35%). So với tinh bột đậu đỗ khác như
đậu lăng, đậu gà, đậu ngựa thì đậu xanh có hàm lượng AM cao hơn [5], [19], [67]. AM
là một trong những chỉ số quyết định đến tính chất lý-hóa và tính chất chức năng của tinh
bột như đặc tính hồ, đặc tính nhiệt, độ trương nở, hòa tan và đặc biệt là khả năng kháng
tiêu hóa [70]. Các nghiên cứu chỉ ra rằng, các phân tử AM có xu hướng kết tinh hoàn
hảo, thoái hóa nhanh hơn AP. Điều đó dẫn đến khả năng tạo xoắn kép dễ dàng hơn, ngăn
cản khả năng tiêu hóa của tinh bột [53], [72]. AM cao thường cho nhiệt độ hồ hóa, độ
nhớt cuối và setback cao hơn [60], [27] và tạo độ ổn định hơn khi khuấy dẫn tới ứng dụng
vượt trội khi dùng nó là chất làm đặc, làm dày trong công nghiệp thực phẩm [71]. Có thể
nhận định rằng tinh bột giàu AM khi được thoái hóa sẽ ảnh hưởng không nhỏ đến việc
tạo ra tinh bột kháng RS3 và tính chất lý-hóa của chúng. Đây là đặc điểm quan trọng cần
quan tâm khi thực hiện mục đích làm giàu RS cho tinh bột đậu xanh.](https://image.slidesharecdn.com/nghincusnxuttinhbtkhngtiuhattinhbtuxanhvngdngtrongchbinthcphm-230721165255-10c79ead/75/Nghien-c-u-s-n-xu-t-tinh-b-t-khang-tieu-hoa-t-tinh-b-t-d-u-xanh-va-ng-d-ng-trong-ch-bi-n-th-c-ph-m-26-2048.jpg)
![11
Không chỉ có hàm lượng AM, chiều dài chuỗi trung bình (CLn
̅̅̅̅̅̅) và phần trăm phân bố
của các nhánh trong phân tử AP cũng là những yếu tố quan trọng có thể xác định cấu
trúc, chức năng và khả năng tiêu hóa của tinh bột [53], [66].
Bảng 1.4 Bảng chỉ số mô tả cấu trúc phân tử của tinh bột đậu xanh được trồng ở
một số quốc gia
Quốc gia
AM
(%)
CLn
̅̅̅̅̅
của
AP
Phân bố chiều dài nhánh trong AP
(%)
Tác giả, năm
DP 6-
12 (A)
DP 13-
24 (B1)
DP 25-
36 (B2)
DP37
(B3)
Trung Quốc
31,3 -
32,6
20,6 -
21,2
27,1 -
27,3
47,6 -
48,0
7,2 -
7,5
3,6 -
3,8
Yao, 2019 [21]
Mỹ 38,63 19,20 28,03 52,56 11,15 8,27 Ma, 2017 [5]
Hàn Quốc
36,9 -
38,5
21,1 -
23,0
25,9 -
32,7
39,6 -
42,5
13,8-
16,1
13,9 -
16,3
Kim, 2018 [19]
Thái Lan 24,56 - 24,31 47,88 17,21 10,58
Phrukwiwattana
kul, 2014 [27]
Chiều dài chuỗi trung bình của AP (CLn
̅̅̅̅̅) trong tinh bột đậu xanh từ các nguồn khác nhau
không có sự khác biệt đáng kể, dao động từ 19 – 23 đơn vị glucose (đvG) (Bảng 1.4).
Nếu so với các loại tinh bột đậu đen, đậu Hà Lan, đậu gà hay đậu thận, CLn
̅̅̅̅̅ của đậu xanh
dài hơn nhưng ngang bằng với các loại tinh bột đậu lăng, đậu ngựa, đậu faba và đậu lima
[58], [19], [5]. Kim (2018) nhận thấy có mối liên hệ giữa AM, DPn
̅̅̅̅̅ và CLn
̅̅̅̅̅ của AP đến
độ kết tinh tương đối, đặc tính hồ và đặc tính lưu biến của 5 loại đậu đũa và đậu xanh
Hàn Quốc [19]. Sự phân bố chiều dài nhánh trong AP ở các loại đậu xanh có sự khác biệt
(Bảng 1.4). Loại đậu xanh từ Trung Quốc và Mỹ có tỷ lệ nhánh B2 và B3 thấp hơn ở Hàn
Quốc và Thái Lan. Kết quả các tác giả nhận thấy có sự khác biệt rõ ràng đến khả năng
kháng tiêu hóa của tinh bột. So với các loại đậu khác như đậu gà, đậu đen và đậu lăng,
đậu xanh có tỷ lệ nhánh A thấp và B3 cao hơn [5], [67]. Điều này có thể ảnh hưởng đến
việc hình thành xoắn kép liên quan đến khả năng kháng tiêu hóa cao của đậu xanh. Về
mối quan hệ giữa CLn
̅̅̅̅̅, % phân bố nhánh trong AP và RS, nghiên cứu của Chung (2008)
nhận thấy tinh bột đậu gà có nhiều nhánh A và ít nhánh B1, B2 hơn so với tinh bột đậu
Hà Lan và tinh bột đậu lăng nhưng có CLn
̅̅̅̅̅ thấp hơn dẫn đến lượng bột tiêu hóa nhanh
(RDS) nhiều hơn và RS thấp hơn. Tác giả cũng khẳng định nếu tỷ lệ nhánh A cao thì
%RS thấp, tốc độ thủy phân và chỉ số đường huyết (GI) cao. Khi đó, nhiệt độ hồ hóa thấp
vì nhánh ngắn thường có trong vùng vô định hình, chúng không thể tạo thành chuỗi xoắn
kép ổn định nên dễ dàng bị tấn công bởi các enzyme tiêu hóa [73]. Nhánh B1 cao có mối](https://image.slidesharecdn.com/nghincusnxuttinhbtkhngtiuhattinhbtuxanhvngdngtrongchbinthcphm-230721165255-10c79ead/75/Nghien-c-u-s-n-xu-t-tinh-b-t-khang-tieu-hoa-t-tinh-b-t-d-u-xanh-va-ng-d-ng-trong-ch-bi-n-th-c-ph-m-27-2048.jpg)
![12
tương quan dương với tinh bột tiêu hóa chậm (SDS). Trong khi nhánh trung bình B2 và
nhánh dài B3 dễ dàng hơn trong việc kết nối với nhau ở các cụm liền kề cũng có thể là
nguyên nhân dẫn đến hàm lượng SDS, RS cao [74]. Các nhánh AP dài hơn và chuỗi AM
nhiều có thể hình thành các liên kết xoắn kép dài hơn, kết nối các cụm, sắp xếp có trật tự
và ổn định hơn nhờ các liên kết hydro và phân bố trên toàn bộ các vùng kết tinh, do đó
dẫn đến một lượng lớn RS [73], [75]. Loại tinh bột kháng được xác định chủ yếu là cấu
trúc kết tinh được đóng gói chặt chẽ theo mô hình xuyên tâm nên có thể hạn chế được
khả năng tiếp cận của các enzyme tiêu hóa. Chính vì điều này, các tác giả đã kết luận
rằng cấu trúc kết tinh, khả năng tạo xoắn kép được tạo ra từ sự khác biệt về thành phần
AM và AP trong tinh bột sẽ có thể tạo ra tính chất lý-hóa và khả năng tiêu hóa khác nhau.
Vì vậy, những tác động làm biến đổi thành phần và cấu trúc phân tử của tinh bột ở một
chừng mực nhất định và có kiểm soát sẽ có thể tạo ra những thay đổi về khả năng thủy
phân, mức độ tiêu hóa như mong đợi.
• Tổ chức phân tử trong hạt tinh bột đậu xanh
Nhánh C
Nhánh B
Nhánh A
Liên kết α-1-6
glucosidic
Liên kết α-1-4
glucosidic
Cấu trúc phân tử
Cấu trúc xoắn kép
Amylopectin
Amylose
Liên kết α-1-4 glucosidic
Cấu trúc phân tử
Hạt tinh bột Mô hình phân bố nhánh
Mô hình vòng
tăng trưởng
Liên kết α-1-4 glucosidic
Phiến tinh thể
Phiến vô định hình
Miền vô định hình
Miền vô định hình
Phiến tinh thể
Phiến vô định hình
Vòng vô
định hình
Vòng bán
tinh thể
Hình 1.2 Sơ đồ nguyên lý cơ sở tổ chức của hạt tinh bột [76].
Các phân tử AM và AP được sắp xếp và tổ chức chặt chẽ hình thành nên hạt tinh bột.
Hình 1.2 thể hiện mô hình về cấu trúc phân tử của hạt tinh bột với hilum là trung tâm hữu
cơ của một hạt (Hình 1.2B). Xung quanh đó, AM và AP được tổng hợp hoàn toàn về phía
ngoại vi (đầu không khử hướng ra phía ngoài bề mặt hạt) bằng cách định vị. Chuỗi nhánh](https://image.slidesharecdn.com/nghincusnxuttinhbtkhngtiuhattinhbtuxanhvngdngtrongchbinthcphm-230721165255-10c79ead/75/Nghien-c-u-s-n-xu-t-tinh-b-t-khang-tieu-hoa-t-tinh-b-t-d-u-xanh-va-ng-d-ng-trong-ch-bi-n-th-c-ph-m-28-2048.jpg)
![13
AP được liên kết với nhau thành các tinh thể xoắn kép trong các cụm và được tổ chức
thành một cấu trúc được gọi là lamellae- phiến tinh thể. AM xen kẽ và đan xen với AP,
có mặt ở các vùng vô định hình [76].
Nhiễu xạ tia X của tinh bột phân chia theo các loại A, B và C được quan sát cho thấy sự
khác biệt trong tổ chức của hạt tinh bột là do sự thay đổi trong các kiểu đóng gói của các
tinh thể xoắn ốc kép. Nói chung, cấu trúc loại A (đặc trưng cho tinh bột hạt ngũ cốc), với
tỷ lệ nhánh ngắn (DP 6−12) trong AP lớn hơn. Ở đó có các tinh thể xoắn ốc kép, dày đặc,
liên kết hydro trực tiếp giữa các đoạn mạch và được đóng gói trong mạng kết tinh đơn
hình. Cấu trúc loại B (đại diện cho tinh bột củ hoặc tinh bột giàu AM), với tỷ lệ nhỏ hơn
các nhánh A và B1 trong AP. Trong cấu trúc loại B có các tinh thể xoắn ốc kép được tổ
chức trong một ô mạng cơ sở hình lục giác, liên kết hydro giữa các phân tử và thông qua
cầu nước (Hình 1.3).
Góc nhiễu xạ (o
)
Cường
độ
nhiễu
xạ
Loại A
(20% H20)
Loại B
(20% H20)
Hình 1.3 Các kiểu sắp xếp khác nhau của các tinh thể xoắn kép trong loại A và B
[77] và biểu hiện trên phổ XRD [78]
Tinh bột đậu nói chung đa phần là loại C, loại hỗn hợp của A và B ở các tỷ lệ khác nhau
thể hiện ở sự thay đổi trong tọa độ, độ cao và độ rộng của peak trong nhiễu xạ tia X [73].
Cấu trúc C là loại trung gian, thường có tổ chức loại B ở trung tâm của hạt và loại A ở
vùng ngoại biên. Loại A được đặc trưng bởi góc nhiễu xạ 2θ với đỉnh kép ở 17 - 18o
và
đỉnh đơn ở 23°, trong khi loại B sở hữu đỉnh đơn ở 5o
, 17° và 22,5o
. Loại C có đỉnh đơn
ở 5o
và đỉnh kép ở 17-18o
[79] (Hình 1.3). Các nghiên cứu đã chứng minh rằng tinh bột
loại B, C có khả năng kháng enzyme tiêu hóa cao hơn, do độ kết tinh cao hơn trong khi
tinh bột loại A đặc trưng cho loại tiêu hóa nhanh hoặc chậm [5], [79], [53].
Tinh bột đậu xanh có nguồn gốc khác nhau thể hiện sự tồn tại cả 2 dạng cấu trúc A và C
với độ kết tinh lớn (Bảng 1.5). Bảng 1.5 cũng thể hiện đậu xanh Trung Quốc (nhưng có
thể các giống khác nhau) trong nghiên cứu của các tác giả khác nhau có sự khác biệt trong
A B](https://image.slidesharecdn.com/nghincusnxuttinhbtkhngtiuhattinhbtuxanhvngdngtrongchbinthcphm-230721165255-10c79ead/75/Nghien-c-u-s-n-xu-t-tinh-b-t-khang-tieu-hoa-t-tinh-b-t-d-u-xanh-va-ng-d-ng-trong-ch-bi-n-th-c-ph-m-29-2048.jpg)
![14
dạng cấu trúc phân tử và mức độ kết tinh. Đây cũng là một đặc điểm để chọn lựa cho việc
tăng tính kháng với tinh bột đậu xanh.
Bảng 1.5 Cấu trúc phân tử trong tổ chức hạt của một số loại tinh bột đậu xanh
Nguồn gốc Loại tinh thể Độ kết tinh (%) Tài liệu tham khảo
Thái Lan A - Phrukwiwattanakul, 2014
[27]
Trung Quốc/ Thái Lan A 20,80 - 21,6 Li, 2011; Bernabé, 2011
Trung Quốc A 34,52 Liu, 2020 [26], [80], [81]
Ấn Độ C 29,2 - 43,94 Sandhu & Lim, 2008 [60]
Hàn Quốc C 29,5 - 30,4 Kim, 2018 [19]
Mỹ C 33,4 - 33,9 Xu, 2013 [20]
Trung Quốc C 17,22 Zou, 2019 [22]
Trung Quốc C 29,5 - 30,4 Yao, 2019 [21]
Tóm lại, do thành phần hóa học, đặc điểm hình thái, thành phần, cấu trúc phân tử và tổ
chức của hạt tinh bột mà đậu xanh có khả năng kháng tốt hơn so với tinh bột ngũ cốc
hoặc tinh bột từ củ có thể bởi 4 lý do sau: (1) không có lỗ, rãnh trên bề mặt hạt, (2) tính
đồng nhất và nhỏ về kích thước hạt [82], (3) các biến thể rộng về số lượng tinh thể C với
độ kết tinh cao [79] và (4) hàm lượng AM, chiều dài nhánh trong AP, sự thay đổi trong
tương tác các chuỗi và tổ chức hạt liên quan đến hoạt động thủy phân bởi enzyme
amylase.
1.1.2.2 Tính chất lý-hóa của tinh bột
• Độ trương nở và độ hòa tan
Độ trương nở và độ hòa tan của tinh bột là những tính chất liên quan chặt chẽ đến tỷ lệ
và tương tác chuỗi của phần kết tinh và vô định hình của hạt. Khi tinh bột được làm nóng
trong nước, các hạt thấm nước và trương nở. Khi đó, các liên kết bên trong và lực liên
kết bị suy yếu bởi năng lượng nhiệt thu được [5], [83]. Điều này gây ra sự giải phóng AM
trong vùng vô định hình (độ hòa tan) làm tăng độ nhớt trong suốt quá trình trương nở
[53]. Độ trương nở và hòa tan cao được quy cho cấu trúc tổ chức trong hạt tinh bột lỏng
lẻo và khối lượng phân tử AM thấp [84]. Do vậy, độ trương nở và độ hòa tan sẽ tăng lên
khi nhiệt độ gia tăng và không có hiện tượng trương nở hoặc giải phóng AM xảy ra ở
dưới 60°C với tinh bột họ đậu (Bảng 1.6; [83], [5]). Các yếu tố ảnh hưởng đến đặc tính
này gồm nguồn gốc thực vật, tỷ lệ AM/AP, DPn
̅̅̅̅̅, CLn
̅̅̅̅̅, sự sắp xếp trong tổ chức hạt và tạp
chất trong tinh bột [85].](https://image.slidesharecdn.com/nghincusnxuttinhbtkhngtiuhattinhbtuxanhvngdngtrongchbinthcphm-230721165255-10c79ead/75/Nghien-c-u-s-n-xu-t-tinh-b-t-khang-tieu-hoa-t-tinh-b-t-d-u-xanh-va-ng-d-ng-trong-ch-bi-n-th-c-ph-m-30-2048.jpg)
![15
Độ trương nở và hòa tan của tinh bột đậu xanh cao hơn các loại tinh bột đậu đỗ khác do
%AM, nhánh B1, B2 trong AP cao hơn [86] (Bảng 1.6), nhưng so với tinh bột bắp và
tinh bôt gạo thì chúng có độ trương nở và độ hòa tan thấp hơn [83]. Tính chất này phù
hợp để sản xuất miến tạo ra độ giòn dai và lâu vỡ cấu trúc hơn khi sử dụng hoặc những
sản phẩm nướng có độ giòn xốp cao [54].
Bảng 1.6 Đặc tính trương nở và hòa tan của tinh bột đậu xanh
50 - 55o
C 60 - 65o
C 70 - 75o
C 80 - 85o
C 90 - 95o
C Tài liệu tham khảo
Khả năng trương nở (g/g)
3,8 4,2 13,8 17,9 21,1 Li, 2011 [26]
2,09 3,50 8,72 15,79 19,86 Abdel-Rahman, 2008 [54]
2,11 2,73 5,40 24,20 25,64 Zou, 2019 [22]
Khả năng hòa tan (%)
0,8 1,4 6,2 20,3 28,3 Li, 2011 [26]
1,33 2,30 11,71 17.11 25,60 Abdel-Rahman, 2008 [54]
0,59 0,72 3,36 13,61 14,28 Zou, 2019 [22]
• Đặc tính hồ
Đặc tính hồ đề cập cụ thể đến những thay đổi về độ nhớt trong tinh bột sau khi gia nhiệt
trước và sau hồ hóa do quá trình trương nở, phá vỡ và giải phóng các phân tử. Máy phân
tích nhớt (Rapid Visco Analyzer – RVA hoặc Micro Visco Amylo Graph - MVAG)
thường được sử dụng để kiểm tra. Theo đó, chu trình gia nhiệt và làm mát được cài đặt
để đo sự tác động của mẫu với ứng suất trượt có kiểm soát và mô phỏng các điều kiện
chế biến thực phẩm nhằm dự đoán tính hợp lý cho việc sử dụng tinh bột. Một sơ đồ mô
tả đặc tính hồ bao gồm 2 giai đoạn. Giai đoạn 1 là quá trình gia nhiệt từ 50°C đến 95°C
với tốc độ 6°C/phút. Trong giai đoạn này độ nhớt ban đầu tăng lên cao nhất (peak
viscosity), sau đó giảm ở giai đoạn chuyển pha (through viscosity) và đạt giá trị thấp nhất
- mức giảm độ nhớt khi đun nóng (breakdown viscosity) [87]. Giai đoạn 2 là quá trình
làm mát từ 95°C xuống 50°C với tốc độ 6°C/phút. Lúc này độ nhớt lại tăng lên và đạt giá
trị cao nhất được gọi là setback viscosity - mức tăng nhớt khi làm nguội và giảm ở độ
nhớt cuối cùng (final viscosity) [88] (Hình 1.4).
Kết quả trước đó ghi nhận rằng so với tinh bột ngũ cốc, bột nhão hình thành từ tinh bột
đậu đỗ có xu hướng thoái hóa cao, khó trương nở và vỡ nở trong khi nấu hơn [75]. So
sánh với RVA của ngô và sắn, Li (2020) [67] chỉ ra rằng tinh bột đậu Hà Lan, đậu lăng](https://image.slidesharecdn.com/nghincusnxuttinhbtkhngtiuhattinhbtuxanhvngdngtrongchbinthcphm-230721165255-10c79ead/75/Nghien-c-u-s-n-xu-t-tinh-b-t-khang-tieu-hoa-t-tinh-b-t-d-u-xanh-va-ng-d-ng-trong-ch-bi-n-th-c-ph-m-31-2048.jpg)
![16
và faba hiển thị peak vis (105,9 - 145,4 RVU) và breakdown (7,5 - 28,8 RVU) thấp hơn
nhưng setback vis (106 – 182 RVU) và final vis (202,9 - 298,6 RVU) lớn hơn.
Nhiệt
độ
(
o
C)
Độ
nhớt
(cP) Độ nhớt cuối
Độ nhớt đỉnh
Thời gian (phút)
Nhiệt độ hóa hồ
Thời gian đạt
đỉnh nhớt
Nhiệt độ
Độ nhớt chuyển pha
Chênh lệch độ
nhớt nóng
Chênh lệch độ
nhớt nguội
Hình 1.4. Đồ thị thể hiện đặc tính hồ điển hình của tinh bột [88]
(đường--- thể hiện sự thay đổi về nhiệt độ; _
thể hiện sự thay đổi về độ nhớt)
Bảng 1.7 Đặc tính hồ của tinh bột đậu xanh
Nhiệt độ
hồ hóa (o
C)
Nhớt đỉnh
(RVU/cP)
Nhớt nóng
(RVU/cP)
Nhớt cuối
(RVU/cP)
Nhớt nguội
(RVU/ cP)
Tài liệu tham khảo
74,0 2059 - 2122 501 - 630 3046 - 3033 1580 - 1739 Kim, 2018 [19]
77,4 4261,7 1072 - 3306,3
Phrukwiwattanakul,
2014 [27]
72,65 5386,0 2519,5 - 1511,0 Andrabi, 2016 [58]
89,0 114 25 - 79 Wu, 2016 [89]
71,6 288,4 121.5 303,7 136,8 Ma, 2017 [5]
Đặc tính hồ của các loại tinh bột đậu xanh thể hiện trong Bảng 1.7 có sự khác nhau. Sự
khác biệt về đặc tính hồ có thể được quy cho sự khác nhau về độ tinh sạch của tinh bột,
hàm lượng AM và AP, tỷ lệ AM/AP, kích thước hạt, tương tác giữa các xoắn kép trong
hạt và độ ổn định trong quá trình gia nhiệt và khuấy [87]. Chính tính chất này cho thấy
tính ổn định cao của chúng đối với lực cắt cơ học và tác động nhiệt của hồ tinh bột đậu
xanh. Tính chất này giúp tinh bột đậu xanh trở nên hữu ích trong thực phẩm và được coi
là một lựa chọn tốt để thay thế tinh bột liên kết ngang [75], đồng thời làm cho chúng có
thể kháng lại hoạt động của các enzyme tiêu hóa dẫn đến giảm chỉ số đường huyết [75].
Nhiệt độ hồ hóa của tinh bột đậu xanh là từ 71,6 đến 89,0°C, cao hơn so với các loại tinh
bột khác cho thấy khả năng chống trương nở cao [19]. Độ nhớt đỉnh và độ nhớt phá hủy
của hạt tinh bột đậu xanh cao so với các loại tinh bột đậu khác cho thấy lực liên kết lỏng](https://image.slidesharecdn.com/nghincusnxuttinhbtkhngtiuhattinhbtuxanhvngdngtrongchbinthcphm-230721165255-10c79ead/75/Nghien-c-u-s-n-xu-t-tinh-b-t-khang-tieu-hoa-t-tinh-b-t-d-u-xanh-va-ng-d-ng-trong-ch-bi-n-th-c-ph-m-32-2048.jpg)
![17
lẻo, độ ổn nhiệt thấp và xu hướng thoái hóa cao. Tuy nhiên, nhớt cuối cùng và setback
thấp nhất ở đậu xanh thể hiện khả năng phục hồi kém của tinh bột [90]. Do vậy, tinh bột
đậu xanh có lợi cho việc sử dụng trong các loại thực phẩm carbohydrate thấp, hoặc các
thực phẩm hồ hóa một phần. Ngoài ra, nó có thể có ích trong thực phẩm chế biến ở nhiệt
độ cao.
• Khả năng kháng thủy phân của tinh bột đậu xanh
Vài thập kỷ trước, tinh bột là một loại carbohydrate được coi là tiêu hóa hoàn toàn và hấp
thụ ở ruột non. Tuy nhiên, hiện nay người ta đã biết rằng tồn tại một phần tinh bột có khả
năng kháng enzyme tiêu hóa (RS), đi qua ruột non và đến ruột già, nơi nó có thể được lên
men bởi hệ vi sinh đại tràng. RS được xác định là tổng lượng tinh bột và các sản phẩm
của sự phân hủy tinh bột mà không được phân giải và hấp thụ trong ruột non ở những
người khỏe mạnh [91] (Hình 1.5).
Tiêu hóa RDS
Tiêu hóa SDS
Lên men RS
Thời gian
Đường
huyết
Hình 1.5 Mô tả vị trí tiêu hóa và mức đáp ứng đường huyết của các loại tinh bột
(vẽ lại của Miao, 2015 [92] và Sorndech, 2018 [93])
Kiến thức hiện tại về các tính năng dinh dưỡng của tinh bột chỉ ra rằng khả dụng sinh học
của polysaccharit trong thực phẩm có thể rất khác nhau. Do đó, phân loại theo giá trị dinh
dưỡng của tinh bột trong chế độ ăn uống đã được đề xuất, có tính đến cả động học và
mức độ hoàn chỉnh về khả năng tiêu hóa của nó. Theo đó, tinh bột được chia thành 3
nhóm gồm các phân đoạn tiêu hóa nhanh - dễ tiêu hóa (RDS), tiêu hóa chậm (SDS) và
các phân đoạn kháng tiêu hóa (RS) [94]. Mối quan tâm đáng kể gần đây đối với RS là
khả năng cải thiện, kiểm soát bệnh đái tháo đường. Dựa trên việc thay đổi tác động đường
huyết của carbohydrate ăn vào khi xếp hạng thực phẩm liên quan đến sự giảm chỉ số
đường huyết (GI) [95] (Hình 1.5). Ma (2016) [70] sau nhiều nghiên cứu đã ghi nhận rằng](https://image.slidesharecdn.com/nghincusnxuttinhbtkhngtiuhattinhbtuxanhvngdngtrongchbinthcphm-230721165255-10c79ead/75/Nghien-c-u-s-n-xu-t-tinh-b-t-khang-tieu-hoa-t-tinh-b-t-d-u-xanh-va-ng-d-ng-trong-ch-bi-n-th-c-ph-m-33-2048.jpg)
![18
tinh bột họ đậu có hàm lượng AM cao hơn so với tinh bột ngũ cốc và có mối tương quan
dương với RS. Vì vậy, nhiều nhà nghiên cứu sau đó đã tiến hành thực nghiệm với việc
dự đoán rằng tinh bột các loại đậu có thể hình thành lượng RS ở quy mô lớn hơn.
Hoover (1985) [96] cũng đã chỉ ra rằng trong quá trình tiêu hóa 6 giờ với -amylase
tuyến tụy, tinh bột ngô đã bị thủy phân đến mức 75%. Trong khi đó, ở cùng nồng độ
enzyme, giá trị tương ứng của tinh bột họ đậu dao động từ 25% đến 35%. Sự khác biệt
về khả năng tiêu hóa trong ống nghiệm của tinh bột tự nhiên, giữa và trong các loài đã
được quy cho sự tương tác của nhiều yếu tố. Chẳng hạn như nguồn tinh bột, kích thước
hạt, phạm vi về mối liên kết phân tử giữa các thành phần tinh bột, tỷ lệ AM/AP, mức độ
và loại kết tinh [5], [70]. RS trong hạt tinh bột họ đậu còn có một đặc điểm tốt là %RS
sẵn có cao và có thể giữ lại chức năng ngay cả sau khi gia nhiệt [97], [5].
Bảng 1.8 Khả năng tiêu hóa bằng in vitro của một số loại tinh bột đậu xanh
RDS (%) SDS (%) RS (%) Tài liệu tham khảo
Tinh bột đã nấu chín
89,9 1,1 9,0 Ma, 2017 [5]
35,43 - 36,62 53,04 - 58,43 5,86 - 10,95 Yao, 2019 [21]
9,8 - 11,1 39,9 - 42,3 46,6 - 50,3 Kaur, 2011 [63]
Tinh bột thô
16,7 27,1 56,2 Ma, 2017 [5]
4,62 - 8,02 9,26 - 12,89 80,78 - 86,13 Yao, 2019 [21]
Các nghiên cứu trước đây đã chỉ ra rằng tinh bột đậu xanh có hàm lượng RS đáng kể so
với các nguyên liệu giàu tinh bột khác như ngũ cốc và các loại củ [97], [27]. Theo Alfonso
(2011) [80] khi thực hiện nghiên cứu trên đậu xanh, hàm lượng RS đạt 14,29% cao hơn
so với các loại ngũ cốc khác. Trong nghiên cứu của Li (2019) [98] cũng xác nhận điều
tương tự khi so sánh với tinh bột bắp và tinh bột sắn. So sánh với các loại tinh bột đậu
khác, đậu xanh nằm nhóm tinh bột giàu SDS và RS chịu nhiệt [5], [21], [63]. Sandhu
(2008) [60] đã chỉ ra rằng hàm lượng RS của tinh bột đậu xanh lớn nhất trong các loại
tinh bột đậu khảo sát theo thứ tự: đậu xanh> đậu gà> đậu fiel> đậu lăng> đậu đen> đậu
bồ câu. Lượng RS có mối quan hệ mật thiết với %AM và độ kết tinh của tinh bột. Miao
(2009b) [99] đã tìm thấy tinh bột từ đậu xanh kabuli có %AM và % tinh thể nhỏ hơn so
với tinh bột đậu xanh desi thể hiện %RDS và %RS thấp hơn nhưng %SDS cao hơn. Ma
(2017) [5] cũng nhận định tương tự trên các giống đậu khác nhau. Đậu xanh là loại giàu
AM nên đây là một lợi thế để có thể làm giàu hơn nữa loại RS này. Bảng 1.8 cũng cho](https://image.slidesharecdn.com/nghincusnxuttinhbtkhngtiuhattinhbtuxanhvngdngtrongchbinthcphm-230721165255-10c79ead/75/Nghien-c-u-s-n-xu-t-tinh-b-t-khang-tieu-hoa-t-tinh-b-t-d-u-xanh-va-ng-d-ng-trong-ch-bi-n-th-c-ph-m-34-2048.jpg)
![19
thấy sự khác biệt về hàm lượng RS, SDS chịu nhiệt của tinh bột đậu xanh ở các nghiên
cứu khác nhau [5], [21], [63]. Hàm lượng RS có thể có sự khác biệt ở các giống đậu khác
nhau.
Sự chênh lệch của RDS và RS giữa tinh bột đậu xanh sống và nấu chín có thể là do thực
tế là tinh bột đậu xanh thô là hạt tinh bột nguyên vẹn được sắp xếp đồng tâm ở các vùng
vô định hình và vùng kết tinh. Tùy thuộc vào độ dày của lamella tinh thể, loại và %tinh
thể, hay sự mở rộng sắp xếp của phân tử tinh bột (ví dụ: xoắn kép) mà tinh bột có thể
kháng lại sự tiêu hóa khi chưa được hồ hóa. Mặt khác, quá trình nấu có thể phóng to các
lỗ rỗng xung quanh các hạt tinh bột bị trương nở, phá vỡ trạng thái kết tụ và độ kết tinh
của tinh bột, dẫn đến khả năng tiếp cận của -amylase với các polyme tinh bột dễ dàng
hơn [21]. Mặc dù vậy, nhưng so với các loại đậu khác, % SDS và %RS trong đậu xanh
sau nấu rất cao [5], [21]. Điều đó minh chứng cho việc tồn tại loại RS1 bền nhiệt của đậu
xanh và sẽ cho lượng RS lớn hơn ở sản phẩm có tinh bột đậu xanh mà không cần được
hồ hóa hoàn toàn như bánh quy và một số món tráng miệng. Tinh bột đậu xanh sở hữu
lượng AM cao hơn góp phần vào cấu trúc hạt ít xốp hơn. AP đậu xanh có nhánh ngắn DP
6−12 nhỏ, nhánh DP 13−24 lớn (Bảng 1.4) dẫn đến cấu trúc kết tinh có trật tự hơn [100].
Những đặc điểm này có thể là nguyên nhân giúp tinh bột đậu xanh giảm tính nhạy cảm
với các enzyme tiêu hóa.
1.1.2.3 Phương pháp tách và tinh sạch tinh bột
Các nghiên cứu chính xác về cấu trúc phân tử, hình thái và tính chất của tinh bột đòi hỏi
tinh bột cần đạt độ tinh sạch cao. Điều này phụ thuộc nhiều vào phương pháp và các chất
hỗ trợ trong quá trình tách và tinh sạch. Tùy thuộc vào chất lượng và yêu cầu kỹ thuật
với tinh bột của người sử dụng với mục đích nghiên cứu, sản xuất hay tiêu dùng mà người
ta chọn và đánh giá các phương pháp tách và tinh sạch khác nhau.
Có hai phương pháp để thu nhận tinh bột là nghiền khô và nghiền ướt [59]. Nghiền ướt
thường được dùng trong quy mô phòng thí nghiệm hoặc sản xuất nếu cần tinh bột có độ
tinh sạch cao và ít bị biến đổi. Trong khi nghiền khô sử dụng chủ yếu để sản xuất ở quy
mô công nghiệp cho mục đích tiêu dùng và thường lẫn với thành phần hóa học khác. Việc
sử dụng các loại máy như nghiền bi, nghiền búa, nghiền trục trong nghiền khô đã làm
ảnh hưởng đến cấu trúc và tính chất của tinh bột [101]. Bên cạnh đó, việc tách protein ra](https://image.slidesharecdn.com/nghincusnxuttinhbtkhngtiuhattinhbtuxanhvngdngtrongchbinthcphm-230721165255-10c79ead/75/Nghien-c-u-s-n-xu-t-tinh-b-t-khang-tieu-hoa-t-tinh-b-t-d-u-xanh-va-ng-d-ng-trong-ch-bi-n-th-c-ph-m-35-2048.jpg)
![20
khỏi tinh bột trong phương pháp này dựa vào phân loại bằng chất khí nên không loại
được hoàn toàn [102].
Phương pháp ướt thường được nhiều nhà khoa học sử dụng để nghiên cứu về cấu trúc,
tính năng và ứng dụng tinh bột [103], [37], [10]. Chẳng hạn như nghiên cứu tách các loại
tinh bột các loại đậu của Gani và Ma [106], [5], các tác giả đều dùng phương pháp ướt.
Hay tách tinh bột đậu lăng trong nghiên cứu của Kaur và Ma [103], [107] và đậu xanh
trong nghiên cứu của Kim [19] cũng dùng biện pháp tương tự. Phương pháp ướt dựa trên
một quá trình tách tinh bột từ một huyền phù sa lắng khi phân tán hỗn hợp bột nghiền
trong nước cho nên có thể lẫn các thành phần khác như protein và xơ mịn trong tinh bột
thu nhận [100], [58]. Do vậy, trong phương pháp này, để làm sạch tinh bột hơn nữa người
ta thường sử dụng thêm các chất hỗ trợ trong quá trình tách [54], [45], [10], [104]. Trong
nghiên cứu của Tiwari (2012) và Punia (2019), các tác giả đã dùng NaHSO3 để hỗ trợ
làm sạch. Nghiên cứu của Chang (2006) sử dụng Na2SO3 [105] để tránh biến màu tinh
bột và cắt gãy mạng lưới protein liên kết với tinh bột [10]. Nghiên cứu của Romero (2019)
sử dụng NaOH để hòa tan protein trong làm sạch tinh bột [104]. Các hợp chất hóa học
này có vai trò loại bỏ các protein, chất béo và chất màu cũng như các tạp chất khác thông
qua vai trò hoạt động bề mặt, khả năng hòa tan, kháng oxy hóa hoặc khả năng ức chế hoạt
động của enzyme oxy hóa nhằm làm tăng độ tinh khiết cũng như độ trắng của tinh bột.
Tuy nhiên, việc sử dụng các chất hỗ trợ làm sạch khác nhau có thể có những ảnh hưởng
nhất định đến hiệu suất và chất lượng tinh bột thu nhận (Bảng 1.9). Thêm vào đó, Wani
(2016) cũng đã đánh giá và thấy được hiệu quả, tác động khác nhau của các phương pháp
và điều kiện phân tách. Các chỉ tiêu xác định để đánh giá mức độ ảnh hưởng thường là
hiệu suất và thành phần hóa học, cấu trúc và tính chất lý-hóa của tinh bột thu được [59].
So sánh giữa các phương pháp nghiền, Bảng 1.9 cho thấy hàm lượng lipid, tro và hàm
lượng nitơ hoặc tính theo protein ở phương pháp nghiền ướt thấp hơn so với phương pháp
nghiền khô (Bảng 1.9). Sự khác biệt này ngoài ảnh hưởng của phương pháp tách, cũng
có thể do sự khác nhau về giống đậu và vùng trồng. Xét về việc sử dụng các chất hỗ trợ
làm sạch khác nhau trong phương pháp ướt, tinh bột thu nhận cũng có thể có sự khác
nhau về dư lượng của tác nhân làm sạch, qua đó ảnh hưởng đến độ tinh sạch (tinh bột
tổng) và hiệu suất thu nhận tinh bột (Bảng 1.9) [108], [105], [59], [27]. Các tác giả cũng](https://image.slidesharecdn.com/nghincusnxuttinhbtkhngtiuhattinhbtuxanhvngdngtrongchbinthcphm-230721165255-10c79ead/75/Nghien-c-u-s-n-xu-t-tinh-b-t-khang-tieu-hoa-t-tinh-b-t-d-u-xanh-va-ng-d-ng-trong-ch-bi-n-th-c-ph-m-36-2048.jpg)
![21
khẳng định hàm lượng tro còn lại sẽ gây ảnh hưởng đến màu sắc của tinh bột thu nhận.
Wani (2016) cho biết, so với các loại hạt đậu đỗ khác, đậu xanh là loại dễ thu tinh bột
hơn vì lượng tro thấp, do vậy chúng có độ tinh sạch và trắng sáng cao [59]. Hàm lượng
protein nhiều có thể ảnh hưởng đến khả năng tạo xoắn của các mạch phân tử trong tinh
bột khi thoái hóa. Lượng chất béo có thể hình thành phức AM-lipid làm giảm khả năng
kết tinh của tinh bột [105], [22]. Như vậy, thành phần hóa học khác lẫn trong tinh bột có
thể gây ảnh hưởng đến quá trình làm giàu tinh bột kháng.
Bảng 1.9 Bảng hiệu suất, thành phần hóa học của tinh bột đậu xanh có nguồn gốc
và phương pháp thu nhận khác nhau
Nguồn gốc
Phương
pháp/điều
kiện tách
Hiệu
suất
(%)
Lipid
(%)
Tro
(%)
Nitơ/
Protein
(%)*
Tinh bột
tổng (%)
Tài liệu tham
khảo
Ấn Độ Ướt/nước 31,1
0,1 -
0,32
0,25 -
0,50
0,02-
0,05
88,3-
88,9
Andrabi, 2016 [58]
Hy Lạp Ướt/nước 30,5 0,09 0,13 0,8 - Rahman, 2008 [54]
Trung Quốc Khô - 0,13 0,15 1,34 - Li, 2011 [26]
Đài loan
Ướt/Na2SO3
0,2%
- 0,19 - 0,09 - Chang, 2006 [105]
Mỹ
Ướt/NaHSO3
0,15%
-
0,09 -
0,12
0,04 -
0,05
0,28 99,6 Xu, 2013 [20]
Hàn Quốc Ướt/nước - - - 0,1 - 0,2
93 -
94,7
Kim, 2018 [19]
Trung Quốc Ướt/nước - 0,12 0,18 0,25 98,6 Zou, 2019 [22]
Thái Lan
Ướt/NaOH
0,05M
- 0,06 0,03 0,13 -
Phrukwiwattanakul
2014 [27]
Chú thích: * Tinh bột từ Ấn độ và Đài Loan được tính theo % Nitơ
Cũng phải đề cập thêm rằng, trong ngành công nghiệp sản xuất tinh bột hoặc chế biến
miến bằng phương pháp ướt, ngoài tinh bột là thành phần chính được thu nhận từ đậu
xanh [357], còn có các thành phần phụ có giá trị cao khác bao gồm chất xơ thô [358] và
nước thải sau thau rửa giàu protein [359]. Phần xơ thô thường được sử dụng làm thức ăn
chăn nuôi, trong khi nước sau thau rửa chứa 1,5% protein có thể được thu hồi bằng nhiều
kỹ thuật khác nhau. Các giải pháp thu protein, xơ đã được thực hiện như lắng đọng đẳng
điện, ly tâm sau đó sấy khô bằng đông lạnh, sấy phun hoặc dùng lọc màng [360]. Kết tủa
protein bằng cách sử dụng axit hoặc các loại muối và phương pháp điểm đẳng điện là phổ
biến ở các nhà máy chế biến trong công nghiệp sản xuất tinh bột đậu xanh [359], [361].](https://image.slidesharecdn.com/nghincusnxuttinhbtkhngtiuhattinhbtuxanhvngdngtrongchbinthcphm-230721165255-10c79ead/75/Nghien-c-u-s-n-xu-t-tinh-b-t-khang-tieu-hoa-t-tinh-b-t-d-u-xanh-va-ng-d-ng-trong-ch-bi-n-th-c-ph-m-37-2048.jpg)
![22
Với việc thực hiện này, hiệu suất thu nhận protein có thể đạt được khoảng 80% [362].
Việc tận thu các thành phần phụ trong công nghệ sản xuất tinh bột không những giúp
nâng cao giá trị cho đậu xanh, mà còn giảm thiểu ô nhiễm môi trường.
Từ các nhận định trên đây, có thể nhận thấy sự khác nhau trong phương pháp thu nhận
tinh bột, nguồn nguyên liệu, nơi trồng hay các điều kiện tách và tinh sạch khác nhau là
những nguyên nhân cho sự khác biệt về hiệu suất, độ tinh sạch và có thể có sự thay đổi
trong cấu trúc phân tử của tinh bột đậu xanh.
Giới thiệu về tinh bột kháng
1.2.1 Khái niệm, phân loại và cấu trúc của tinh bột kháng
Vào những năm 1980, tinh bột được cho là có thể tiêu hóa hoàn toàn trong ruột người.
Tuy nhiên, đến năm 1982, Englyst lần đầu tiên phát hiện ra phần tinh bột có khả năng
chống lại sự thủy phân của enzyme và đo lường các polysaccharide không tinh bột này
[94]. Tên gọi “Tinh bột kháng tiêu hóa” được đặt ra để mô tả quá trình tiêu hóa không
hoàn toàn trong ống nghiệm của tinh bột trong thực phẩm đã được nấu chín và làm lạnh
[109]. Tuy nhiên, khái niệm được xác định sau này của tinh bột kháng là bao gồm tất cả
tinh bột và các sản phẩm của sự phân hủy tinh bột có khả năng kháng lại sự tiêu hóa của
ruột non và đi vào ruột già của người bình thường [91].
Vỏ cám
TB nội nhũ
Mầm
RS1: Tinh bột ở dạng hạt nguyên vẹn
hoặc đã xay một phần
RS2: Tinh bột thô với cấu trúc tinh
thể nhỏ gọn
RS3: Tinh bột thoái hóa sau khi hồ hóa
RS5: phức hợp bao gồm
tinh bột-lipid
RS4: tinh bột biến đổi hóa học
TINH BỘT
KHÁNG (RS)
Hình 1.6 Mô hình cấu trúc của các loại tinh bột kháng (Gou, 2021 [110])](https://image.slidesharecdn.com/nghincusnxuttinhbtkhngtiuhattinhbtuxanhvngdngtrongchbinthcphm-230721165255-10c79ead/75/Nghien-c-u-s-n-xu-t-tinh-b-t-khang-tieu-hoa-t-tinh-b-t-d-u-xanh-va-ng-d-ng-trong-ch-bi-n-th-c-ph-m-38-2048.jpg)
![23
Tùy thuộc vào đặc tính chức năng liên quan đến cấu trúc và nguồn gốc chế biến mà tinh
bột kháng ban đầu được chia thành 4 loại: RS1, RS2, RS3, RS4 [94]. Sau đó, Sajilata
(2006) và Lockyer (2017) đã xác định thêm được loại RS5 dựa trên cơ chế kháng hoàn
toàn khác với 4 loại tinh bột kháng kể trên [6] (Hình 1.6).
RS1 là loại tinh bột được gói gọn, không thể bị tiếp cận về mặt vật lý với enzyme tiêu hóa
do các rào cản hình thành bởi thành tế bào và ma trận protein. Loại RS1 thường có trong
ngũ cốc, đậu đỗ và một số thực phẩm giàu tinh bột. RS1 nằm trong các hạt thô nguyên
hạt hoặc bị nghiền một phần, kém ổn định nhiệt trong hầu hết các hoạt động nấu ăn thông
thường và cho phép sử dụng như một thành phần trong nhiều loại thực phẩm.
RS2 đại diện cho tinh bột ở dạng tự nhiên không bị hồ hóa có khả năng chống lại sự tiêu
hóa enzyme [111]. Trong các hạt tinh bột thô, tinh bột RS2 được đóng gói chặt chẽ theo
mô hình xuyên tâm, kết tinh và cấu trúc nhỏ gọn tự nhiên. Chính cấu trúc điển hình này
đã làm giới hạn khả năng tiếp cận của các enzyme tiêu hóa. RS2 có nhiều trong tinh bột
khoai tây, chuối xanh, ngô (đặc biệt loại tinh bột ngô giàu AM với các phân nhánh dài
hơn trong AP). Các chuỗi polyme glucose dài và đều đặn này liên kết dưới dạng xoắn
kép và đóng gói chặt chẽ thành dạng tinh thể loại B với độ kết tinh tương đối cao. Do đó,
RS2 thường hiển thị nhiệt độ hồ hóa cao hơn nhiều so với tinh bột bình thường, và do đó
chúng có độ ổn định cao hơn đối với quá trình tiêu hóa bằng enzyme [111], [112].
RS3 đại diện cho phần tinh bột kháng enzyme nhất và chủ yếu là AM bị thoái hóa, được
hình thành trong quá trình làm lạnh tinh bột đã hồ hóa. Trong quá trình hình thành RS3,
hạt tinh bột được hydrat hóa hoàn toàn, AM liên kết lại với nhau như một polymer cuộn
ngẫu nhiên, khi làm mát, các chuỗi polymer bắt đầu kết nối lại thành xoắn kép, được ổn
định bởi liên kết hydro [113]. Do đó, hầu hết các thực phẩm đã xử lý nóng ẩm rồi và làm
nguội đều có chứa một lượng RS3 nhất định. Trong quá trình này, do số lượng xoắn kép
hình thành trong các phân tử AM và các chuỗi AP phân nhánh nhiều tạo nên sự kết tinh
hoàn hảo mà chúng thoát khỏi sự tiêu hóa bởi enzyme. RS3 là loại bền nhiệt nhất, tính
kháng cao nhất trong 3 loại trên đây và chỉ có thể bị phân tán bằng KOH hoặc dimethyl
sulphoxide-DMSO [91]. Tùy thuộc vào biện pháp biến tính làm thay đổi cấu trúc ở các
mức độ khác nhau mà RS3 tạo ra có các tính chất không giống nhau [107].](https://image.slidesharecdn.com/nghincusnxuttinhbtkhngtiuhattinhbtuxanhvngdngtrongchbinthcphm-230721165255-10c79ead/75/Nghien-c-u-s-n-xu-t-tinh-b-t-khang-tieu-hoa-t-tinh-b-t-d-u-xanh-va-ng-d-ng-trong-ch-bi-n-th-c-ph-m-39-2048.jpg)
![24
RS4 mô tả một nhóm tinh bột đã được biến đổi về mặt hóa học như tinh bột đã được ether,
este hóa hoặc liên kết ngang với các hóa chất để làm tăng mức độ kết tinh, giảm khả năng
tiêu hóa của chúng [114]. Cơ chế kháng khác biệt của loại tinh bột này khác nhau phụ
thuộc vào nhóm chức mà nó gắn. Cấu trúc liên kết ngang cao cũng có thể làm giảm khả
năng trương nở của tinh bột, dẫn đến ít nhạy cảm hơn với quá trình thủy phân bằng
enzyme và quá trình lên men bởi vi sinh vật đường ruột [113]. Loại này tính kháng nổi
trội hơn hẳn nhưng vấn đề cần quan tâm khi sử dụng chúng là tồn dư hóa chất trong sản
phẩm [115], [116].
RS5 là loại tinh bột kháng không phải hoàn toàn do cấu trúc của tinh bột mà do khả năng
liên kết tạo phức giữa AM và lipid [117], [118]. Khi tạo phức với lipid, chuỗi AM mạch
thẳng tạo thành một cấu trúc xoắn đơn với lipid hiện diện bên trong khoang trung tâm.
Cấu tạo này ảnh hưởng đến khả năng hút nước và giải phóng của phân tử AP, hạn chế sự
trương nở, hồ hóa của các hạt tinh bột, do đó cản trở quá trình thủy phân bằng enzyme
[115]. Chúng có thể được hình thành trong quá trình chế biến nhiệt các loại thực phẩm
hoặc có thể được tạo ra một cách nhân tạo bằng cách thêm chất béo khi biến đổi tinh bột
[115], [116].
1.2.2 Tính chất chức năng của tinh bột kháng
Tinh bột kháng tạo ra mối quan tâm lớn đối với các nhà phát triển sản phẩm và chuyên
gia dinh dưỡng vì hai lý do, thứ nhất là lợi ích sinh lý tiềm năng và thứ hai là tính chất
chức năng độc đáo. Với lợi thế đó RS mang lại sản phẩm chất lượng cao mà các loại chất
xơ không hòa tan truyền thống không thể đạt được [119]. Trên thực tế, RS từ đậu đỗ nói
chung và đậu xanh nói riêng chưa được sản xuất quy mô lớn để thương mại hóa, nhưng
từ những đặc tính vốn có, đậu đỗ có thể sẽ là nguồn sản xuất RS. Chúng có thể có các
tính năng tương tự như loại RS đang được thương mại phổ biến từ tinh bột ngô giàu AM.
RS từ nhóm đậu đỗ như đã trình bày trên đây có hàm lượng AM cao, độ trương nở thấp,
độ hấp thu nước cao, khả năng ổn định ở nhiệt độ cao, độ nhớt hồ giảm, độ nhớt thoái
hóa tăng, mức kháng lớn là những điểm nổi bật giống với RS từ tinh bột ngô. Đặc tính
và tính chất chức năng của RS thương mại đã được nghiên cứu ứng dụng và liệt kê trong
Bảng 1.10.
Lợi ích công nghệ của RS thương mại đã được thống kê rõ ràng qua việc sử dụng chúng](https://image.slidesharecdn.com/nghincusnxuttinhbtkhngtiuhattinhbtuxanhvngdngtrongchbinthcphm-230721165255-10c79ead/75/Nghien-c-u-s-n-xu-t-tinh-b-t-khang-tieu-hoa-t-tinh-b-t-d-u-xanh-va-ng-d-ng-trong-ch-bi-n-th-c-ph-m-40-2048.jpg)
![25
vào các loại thực phẩm như phomai, kem, sữa chua, sữa, nước uống lên men, bánh mì,
vẩy bắp, cake, muffin, pasta. Mỗi loại RS được thêm vào với một sản phẩm thực phẩm
đều có thể mang lại lợi ích về sinh lý hoặc có thể cải thiện một tính năng công nghệ nào
đó. Độ vững chắc, độ kết dính, độ đàn hồi, tính cố kết trong cấu trúc là những tính chất
chức năng quan trọng mà RS thể hiện trong những sản phẩm nướng, sấy từ ngũ cốc [122].
Bảng 1.10 Tính chất chức năng của các chế phẩm thương mại RS2 và RS3
Đặc tính RS Tính chất chức năng
Các chất có nguồn gốc tự nhiên
Làm tăng độ giòn cho bề mặt ngoài của
sản phẩm
Mùi vị dễ chịu
Cải thiện mùi và tăng hương vị cho sản
phẩm ngũ cốc ăn sáng.
Màu trắng
Cải thiện màu với những sản phẩm
dạng pasta
Nhiệt độ hồ hóa cao Giảm giá trị năng lượng cho sản phẩm
Kích thước hạt mịn (ít gây ảnh hưởng đến kết
cấu sản phẩm)
Khả năng hấp thu nước thấp hơn với
các chất xơ truyền thống
Hữu ích trong các sản phẩm điều trị loét dạ
dày như thuốc nhuận tràng và trong các sản
phẩm điều trị bù nước bằng đường uống
Tốt cho ép đùn và tạo màng
Cho phép sự hình thành của các sản phẩm có
chất xơ cao, thấp với số lượng lớn, cải thiện
kết cấu, hình dạng, và cảm giác miệng so với
chất xơ truyền thống
Là thành phần thực phẩm chức năng
Trích nguồn: Nugent, 2005 [120] ; Raigond, 2014 [121]
RS còn có nhiều tính chất lý-hóa mong muốn và trở nên hữu ích cho nhiều sản phẩm thực
phẩm như độ căng phồng, độ nhớt cao, khả năng hình thành gel và liên kết giữ nước. Tùy
theo loại RS và từng biện pháp biến đổi mà tinh bột giàu RS có thể được sử dụng để thay
thế nguyên liệu bột trong công thức. Sự thay thế không những không ảnh hưởng đáng kể
đến việc xử lý mà còn cải thiện các tính chất khác như tính lưu biến của bột nhào, thể
tích, độ dầy và đường kính của các loại bánh nướng. Tinh bột giàu RS có trong tự nhiên,
không hương vị, màu trắng và kích thước hạt mịn nên gần như không ảnh hưởng đến kết
cấu của thực phẩm. Khả năng giữ nước thấp hơn của các RS biến đổi so với xơ và tinh
bột tự nhiên sẽ giúp cho bánh cookies, cracker thể hiện được tính giòn, tỷ lệ giữa đường
kính với chiều cao bánh (D/H) ổn định và cải thiện kết cấu sản phẩm. RS có nhiệt độ hồ
hóa cao, chịu đùn tốt, chất lượng cao trong tạo màng. Đặc tính giữ nước, khả năng tiêu
hóa thấp hơn so với chất xơ truyền thống có thể tăng độ giòn cho ngũ cốc ăn sáng, độ dai](https://image.slidesharecdn.com/nghincusnxuttinhbtkhngtiuhattinhbtuxanhvngdngtrongchbinthcphm-230721165255-10c79ead/75/Nghien-c-u-s-n-xu-t-tinh-b-t-khang-tieu-hoa-t-tinh-b-t-d-u-xanh-va-ng-d-ng-trong-ch-bi-n-th-c-ph-m-41-2048.jpg)
![26
cho sản phẩm mì, bún hoặc tạo màng bảo vệ các probiotic cho các sản phẩm bổ sung men
tiêu hóa [123]. RS được nhận xét là đặc biệt phù hợp cho những sản phẩm chế biến từ
hạt, sản phẩm có độ ẩm thấp và trung bình [124].
1.2.3 Tác dụng sinh lý của tinh bột kháng trong cơ thể người
Tác dụng sinh lý của RS thể hiện ở dạng không tiêu hóa giống như các chất xơ khác. Do
vậy, RS có một số hiệu ứng sinh lý như tăng cảm giác no, điều chỉnh thành phần hệ vi
sinh vật đường ruột, đáp ứng đường huyết, cải thiện độ nhạy insulin, giảm tích tụ lipid
máu và giảm lượng năng lượng cung cấp [120], [125], [126], [17], [127], [70], [128]. RS
từ đậu đỗ được chứng minh là có tốc độ tiêu hóa tinh bột và giải phóng glucose vào máu
chậm hơn, dẫn đến giảm phản ứng đường huyết và insulin ít hơn so với ngũ cốc hoặc
khoai tây [60]. Do vậy, xét về dược tính, RS có thể làm giảm nguy cơ mắc bệnh đái tháo
đường loại II và béo phì.
Đặc tính khác biệt so với tinh bột thông thường ở chỗ thoát khỏi sự tiêu hóa ở dạ dày và
ruột non, nhưng ở đại tràng, RS như một nguồn cơ chất, chúng có thể lên men (prebiotic)
bởi vi khuẩn kỵ khí. Dưới sự phân hủy của chủng Bifidobacterium, rất nhiều loại sản
phẩm khác nhau được tạo ra, bao gồm các chất khí (hydro, metan và carbon dioxide) và
axít béo chuỗi ngắn - SCFA (acetate, propionate và butyrate) [126], [129]. Trong đó phải
đặc biệt chú ý đến thành phần chiếm ưu thế nhất là butyrate- một loại SCFA. Chúng có
vai trò quan trọng trong việc duy trì cân bằng nội môi đường ruột, giảm vi khuẩn gây
bệnh bằng cách giảm pH của ruột [126], chuyển hóa vi khuẩn của muối mật ở ruột kết
[130]. Việc sản xuất SCFA trong ruột kết, làm tăng hấp thu canxi, magie (trái ngược với
các chất xơ khác) và giảm bệnh viêm ruột, kích hoạt sự tăng sinh tế bào biểu mô đại tràng
bình thường ở người [122]. Đồng thời, SCFA còn giúp ngăn chặn sự tăng sinh và biệt
hóa của các tế bào khối u ở những bệnh nhân ung thư đại tràng [122], [40], [14], [131],
[132], [133].
RS có chỉ số đường huyết thấp và duy trì mức glucose trong máu [134], lượng insulin
[135], cholesterol và triglyceride [136] bình thường ở người. RS có thể ngăn ngừa bệnh
đái tháo đường là do chúng làm hạ thấp insulin và phản ứng glucose sau ăn, đồng thời trì
hoãn sự khởi đầu của chất kháng insulin. Một chế độ ăn có chỉ số đường huyết thấp kéo
dài sẽ bảo vệ và chống lại sự phát triển của bệnh đái tháo đường không phụ thuộc insulin](https://image.slidesharecdn.com/nghincusnxuttinhbtkhngtiuhattinhbtuxanhvngdngtrongchbinthcphm-230721165255-10c79ead/75/Nghien-c-u-s-n-xu-t-tinh-b-t-khang-tieu-hoa-t-tinh-b-t-d-u-xanh-va-ng-d-ng-trong-ch-bi-n-th-c-ph-m-42-2048.jpg)
![27
[137] và bệnh tim mạch ở những người khỏe mạnh [138]. RS đại diện cho loại tinh bột
không có khả năng tiêu hóa ở ruột non nên mang giá trị năng lượng thấp. Các nhà nghiên
cứu công bố rằng RS chỉ tạo ra được 8 kJ/g (1,6 đến 2,8 Kcal/g), thấp bằng 1/2 so với
tinh bột bình thường tiêu hóa hoàn toàn (15 kJ/g) [15]. Việc giảm năng lượng hấp thụ do
giá trị calo thấp, dẫn đến ngăn cản khả năng thèm ăn, qua đó có thể ngăn ngừa béo phì và
kiểm soát cân nặng [139], [140], [127], [107], [128], [141]. Điều này thể hiện tính chất
chung nhất cho RS là khả năng sinh đường kém và hoạt động phân giải thấp nên có thể
được sử dụng trong những thực phẩm ăn cho mục đích giảm béo và giảm đường [124].
Jenkins (2012) đã báo cáo rằng các loại đậu như đậu Hà Lan, đậu xanh và đậu lăng có GI
thấp. Tính chất này giúp tinh bột nhóm đậu đỗ kiểm soát mức đường huyết và giảm nguy
cơ mắc bệnh tim mạch vành ở những người mắc bệnh đái tháo đường [142]. Giải thích
về cơ sở của việc RS có thể làm giảm mức cholesterol toàn phần là vì chúng có khả năng
gây ra tỷ lệ bài tiết axít mật cao hơn [136]. Higgin (2014) khẳng định rằng RS có tác động
duy trì hoặc giảm cân nặng [143].
Hấp thu
khoáng
Tăng Giảm Bảo vệ
Béo phì
Ung thư đại
tràng
HDL-
Cholesterol
LDL-
Cholesterol
Đái tháo
đường loại I
Đái tháo
đường loại II
Tế bào
Lympho T
Tỷ lệ bài tiết
acid mật
Thèm ăn
Hệ thống
miễn dịch
Bệnh viêm
ruột
Sự tập
trung chú ý
Sự phát triển
gây bênh do
vi sinh vật
Tỷ lệ bài tiết
cholesterol
Phản ứng
insulin sau ăn
Phản ứng
glucose sau ăn
T/g tiêu chảy
do rotavirus
Hình 1.8 Ảnh hưởng của RS đến sức khỏe
(Homayouni, 2014 [147]; Amini, 2015 [148])
Ngăn ngừa táo bón và tiêu chảy, tăng tần suất bài tiết và khối phân, giảm sản xuất các
LượngRS
Khảnăngtiêuhóa
Glucosetrongmáu/mứccholesterol
NguycơđáitháođườngloạiII
Nguycơungthưđạitràng
Hình 1.7 Hiệu ứng chức năng nổi
bật của việc tiêu thụ tinh bột
kháng](https://image.slidesharecdn.com/nghincusnxuttinhbtkhngtiuhattinhbtuxanhvngdngtrongchbinthcphm-230721165255-10c79ead/75/Nghien-c-u-s-n-xu-t-tinh-b-t-khang-tieu-hoa-t-tinh-b-t-d-u-xanh-va-ng-d-ng-trong-ch-bi-n-th-c-ph-m-43-2048.jpg)
![28
hợp chất gây đột biến và giảm nồng độ amoniac đại tràng là những tác dụng có lợi khác
cho sức khỏe của RS. Các tác giả giải thích rằng, khối lượng phân cao có ảnh hưởng
chính đến sự bài tiết của khối u hoặc tế bào mầm bệnh [122], [127]. Các tác động sinh lý
của RS có thể rất khác nhau tùy thuộc vào thiết kế nghiên cứu và sự khác biệt về nguồn,
loại và liều lượng RS tiêu thụ [120]. Lượng khuyến cáo hàng ngày của chất xơ là 25 - 38
g/ngày theo FAO/WHO (2002) [144], [145]. Trong khi đó, liều RS hiệu quả cho cùng tác
dụng chỉ cần 12-20 g/ngày [146], [4]. Các hiệu ứng chức năng nổi bật của việc tiêu thụ
RS được thể hiện trong Hình 1.7. Tóm tắt tác dụng bảo vệ và sinh lý tiềm năng của RS
đã được thử nghiệm được mô tả trong Hình 1.8.
1.2.4 Các yếu tố ảnh hưởng đến sự hình thành tinh bột kháng
Sự hình thành RS có thể bị tác động bởi nhiều yếu tố như nguồn tinh bột, các thành phần
có mặt trong tinh bột và các phương pháp xử lý [3]. Sự khác biệt trong nguồn gốc thực
vật liên quan đến cấu trúc phân tử và tổ chức của hạt tinh bột. Các điều kiện xử lý khác
nhau từng phương pháp biến đổi cũng đem lại những khác biệt đáng kể về hàm lượng và
tính chất của RS.
1.2.4.1 Ảnh hưởng của các yếu tố bên trong của RS
*Nguồn gốc thực vật, loại tinh thể và cấu trúc của hạt tinh bột: sự khác biệt ở nguồn
nguyên liệu sẽ dẫn đến %RS khác nhau. Chẳng hạn tinh bột từ chuối xanh có hàm lượng
RS2 rất cao (47% - 57%) [149], hay trong tinh bột khoai tây sống RS1 rất lớn. Hai loại
RS1 và RS2 có khả năng kháng là do sắp xếp tự nhiên, chúng có thể có mặt trong từng
loại nguyên liệu nhất định nên rất dễ mất đi hoặc giảm tính kháng khi chế biến nhiệt. Các
loại RS3, RS4 và RS5 được đặc trưng bằng quá trình biến đổi nhân tạo theo các phương
pháp vật lý, enzyme hay hóa học. Do vậy hàm lượng và tính chất của những loại này
không chỉ phụ thuộc vào nguồn gốc thực vật mà còn bị ảnh hưởng bởi các điều kiện biến
đổi tương ứng [74]. Tỷ lệ AM/AP, hàm lượng nước và lipid, mức độ trùng hợp AM, mô
hình xoắn ốc kép tự nhiên và sự hiện diện của các thành phần khác là những đặc tính thực
vật cần được xem xét cho mục đích nghiên cứu về RS. Về cấu trúc của hạt tinh bột, người
ta nhận thấy các loại tinh bột từ củ thường có tinh thể loại B, đồng thời thể hiện %RS cao
hơn so với ngũ cốc khác. Các loại tinh bột đậu đỗ thường thể hiện tinh thể loại C cũng
cho hàm lượng RS cao hơn so với các tinh thể loại A của ngũ cốc [98], [27]. Quá trình](https://image.slidesharecdn.com/nghincusnxuttinhbtkhngtiuhattinhbtuxanhvngdngtrongchbinthcphm-230721165255-10c79ead/75/Nghien-c-u-s-n-xu-t-tinh-b-t-khang-tieu-hoa-t-tinh-b-t-d-u-xanh-va-ng-d-ng-trong-ch-bi-n-th-c-ph-m-44-2048.jpg)
![29
hình thành RS3 khi biến đổi bằng các phương pháp khác nhau đều cho thấy có sự chuyển
đổi trong cấu trúc kết tinh [150], [151]. Có thể nhận định rằng, nếu không có quá trình
kết tinh thì không có RS3. Nhiều nghiên cứu đã chứng minh rằng nếu bất kỳ điều kiện
xử lý nào gây ra sự loại bỏ cấu trúc kết tinh của tinh bột sẽ làm tăng khả năng thủy phân
bởi enzym và giảm hàm lượng RS. Ngược lại, quá trình kết tinh lại hay các biến đổi hóa
học trong tinh bột sẽ có xu hướng làm tăng hàm lượng RS [152], [153].
*Tác động của hàm lượng AM và AP: các nghiên cứu đã chứng minh tinh bột có hàm
lượng AM cao sẽ thể hiện giá trị RS cao do khả năng trương nở kém. Do vậy, các sản
phẩm RS thương mại thường được làm từ tinh bột ngô giàu AM. Các loại tinh bột đậu đỗ
cũng được nghiên cứu nhiều cho mục đích gia tăng RS do có chứa hàm lượng AM cao
[74], [151]. Nói chung, tỷ lệ AP/AM càng nhỏ thì hàm lượng RS càng cao. Các tác giả
giải thích, có thể là do hình thái chuỗi của AM trong không gian nhỏ và dễ định hướng
trong dung dịch nên dễ thoái hóa, tái kết tinh. AP có cấu trúc hình đuôi gai và có các
nhánh làm vật cản không gian lớn trong dung dịch và không dễ định hướng. Chính vì
điều này mà cơ sở của sự gia tăng RS bằng enzyme pululanase là nhằm phân nhánh AP
để thúc đẩy sự tạo thành AM mạch đủ dài để tạo xoắn, kết tinh [33], [154]. Hàm lượng
AM được coi là yếu tố chính ảnh hưởng đến năng suất tạo RS.
Xét về phân bố phân tử trong AP, người ta thấy rằng RS có chiều dài nhánh AP ở mức
trung bình (DP > 16). Các nghiên cứu khẳng định rằng có mối liên hệ chiều dài nhánh
AP với khả năng hình thành xoắn kép thể hiện ở sự sắp xếp có trật tự trong vùng kết tinh.
Nếu AP của tinh bột ban đầu có các nhánh với độ dài trung bình (DP > 16) sẽ thúc đẩy
mạnh hơn việc hình thành xoắn kép, ổn định bằng liên kết hydro, cấu trúc phân tử dễ sắp
xếp có trật tự, kết tinh hoàn hảo [155], [156]. Cấu trúc tinh bột ban đầu như vậy sẽ cho
kết quả hàm lượng RS3 cao hơn. Các tác giả cho rằng chiều dài chuỗi tối ưu là DP 14-24
sẽ tạo thuận lợi cho sự hình thành tinh thể. Đây cũng là điểm khác biệt của RS3 nhóm
đậu đỗ thường thể hiện cao hơn khi biến đổi so với RS3 từ ngũ cốc- loại có lượng chuỗi
thẳng ngắn (DP < 10) nhiều hơn [157], [99], [158]. Các tác giả giải thích rằng do sự khác
biệt trong cấu tạo phân tử với các nhánh AP dài hơn của tinh bột đậu đỗ nên có sự sắp
xếp lại, sự chuyển đổi các vùng vô định hình sang vùng kết tinh và dễ cuộn xoắn ổn định,
đóng gói chặt chẽ giữa AM với AM, AM với các nhánh của AP, kết quả là sự gia tăng về](https://image.slidesharecdn.com/nghincusnxuttinhbtkhngtiuhattinhbtuxanhvngdngtrongchbinthcphm-230721165255-10c79ead/75/Nghien-c-u-s-n-xu-t-tinh-b-t-khang-tieu-hoa-t-tinh-b-t-d-u-xanh-va-ng-d-ng-trong-ch-bi-n-th-c-ph-m-45-2048.jpg)
![30
độ kết tinh, trật tự sắp xếp và lượng xoắn kép, giảm các vùng vô định hình qua phân tích
phổ XRD, FTIR và NMR [355].
1.2.4.2 Ảnh hưởng của các yếu tố bên ngoài của RS
*Tương tác với các thành phần hóa học khác: trong nghiên cứu làm giàu RS, Eerlingen
(1994) cho biết, nếu có lipid nhiều trong tinh bột sau phân tách thì phức AM-Lipid sẽ
hình thành tạo ra RS5 và sẽ cản trở sự hình thành RS3. Tuy nhiên điều này ít xảy ra với
tinh bột đậu đỗ do lượng lipid của chúng thấp. Protein cũng có thể hình thành liên kết
hydro với các phân tử AP để liên kết các phân tử tinh bột khác. Chính điều này sẽ ức chế
sự thoái hóa của AP và làm giảm hàm lượng RS trong các sản phẩm ngũ cốc. Ảnh hưởng
của các α-amylase khác nhau lên AM thoái hóa (RS3) cho thấy tất cả các enzyme α-
amylase chỉ xúc tác thủy phân trong vùng vô định hình của tinh bột và không thể tác động
lên vùng kết tinh do cấu trúc xoắn kép tạo thành [159].
*Tác động của điều kiện biến đổi trong làm giàu RS: các điều kiện kỹ thuật trong từng
phương pháp biến đổi tạo RS3, RS4, RS5 có ảnh hưởng lớn đến hàm lượng RS. Chẳng
hạn như biến đổi vật lý bằng nhiệt ẩm (HMT), có ảnh hưởng bởi thông số nhiệt độ, thời
gian và độ ẩm [160], [161]. Phương pháp xử lý ẩm nhiệt (ANN) bằng vi sóng bị ảnh
hưởng bởi thời gian, mức vi sóng và độ ẩm tinh bột khi vi sóng [162], [36]. Ở phương
pháp enzyme cắt nhánh thì nồng độ enzyme, thời gian thủy phân và tỷ lệ tinh bột/ nước
hay tinh bột/ đệm là những yếu tố ảnh hưởng mạnh đến hàm lượng RS [163], [164]. Các
hóa chất khác nhau hay loại chất béo được gắn vào tinh bột cũng thể hiện khả năng kháng
tiêu hóa khác nhau [113], [165], [166].
Ngoài ra, trong giai đoạn thoái hóa hồ tinh bột để làm giàu RS3, lượng và khả năng kháng
của RS3 bị ảnh hưởng nhiều bởi nhiệt độ và thời gian lưu trữ [167]. Thời gian lưu trữ với
những loại tinh bột giàu AM ngắn hơn (thường 24 giờ) so với loại giàu AP (48-72 giờ)
[113]. Lưu trữ hồ tinh bột ở nhiệt độ thấp dẫn đến hình thành RS3 nhiều hơn so với lưu
trữ ở nhiệt độ cao ứng với độ ẩm nhất định [113]. Khi đó tinh thể tinh bột thường kết tinh
loại B, trong khi lưu trữ ở nhiệt độ cao dẫn đến tinh thể loại A [168]. Nói chung, trong
các nghiên cứu trên đậu đỗ, các tác giả thường lưu trữ ở nhiệt độ thấp vì đây là điều kiện
thúc đẩy xu hướng hình thành xoắn kép tạo tinh thể của các chuỗi mạch thẳng [107],
[169].](https://image.slidesharecdn.com/nghincusnxuttinhbtkhngtiuhattinhbtuxanhvngdngtrongchbinthcphm-230721165255-10c79ead/75/Nghien-c-u-s-n-xu-t-tinh-b-t-khang-tieu-hoa-t-tinh-b-t-d-u-xanh-va-ng-d-ng-trong-ch-bi-n-th-c-ph-m-46-2048.jpg)
![31
Các phương pháp tạo tinh bột kháng
Từ các đặc tính chức năng quý của RS đối với sức khỏe và trong chế biến thực phẩm nên
nhu cầu về RS ngày càng lớn. Các nhà nghiên cứu và sản xuất không ngừng tìm kiếm và
cải tiến phương pháp biến đổi tinh bột trong làm giàu RS. Sự kết hợp các phương pháp
biến đổi truyền thống hoặc phát triển các đổi mới công nghệ để hiện thực hóa sản xuất
RS ngày càng được chú trọng [170], [3]. Vì vậy, biến đổi tinh bột là phương pháp hữu
hiệu nhất để gia tăng hàm lượng RS với tinh bột tự nhiên.
1.3.1 Giới thiệu chung các phương pháp
Có nhiều phương pháp xử lý tinh bột để tạo RS3, RS4 và RS5. Mỗi phương pháp có
những đặc trưng riêng, yếu tố tác động khác nhau và tạo ra tinh bột có cơ chế kháng
không giống nhau. Sơ đồ Hình 1.9 dưới đây liệt kê các phương pháp có thể áp dụng để
làm tăng hàm lượng RS của tinh bột.
Hình 1.9. Sơ đồ liệt kê các phương pháp biến đổi tinh bột nhằm gia tăng RS
Người ta có thể dựa vào các biến đổi bằng vật lý, hóa học hay enzyme tác động vào cấu
trúc cơ bản của hạt tinh bột tự nhiên, tác động ở mức độ khác nhau sẽ làm thay đổi ít hay
nhiều về hàm lượng RS [171] [355]. Mỗi cách thức xử lý đều có ưu, nhược điểm riêng.
Chẳng hạn với các phương pháp vật lý, chúng được coi là thân thiện với môi trường, kinh
tế, hiệu quả và có thể có điều kiện áp dụng dễ dàng. Hàm lượng RS tạo ra khi biến đổi
Phương pháp biến
tính tinh bột
Vật lý Enzyme Hóa học
Nhiệt ẩm
Ẩm nhiệt
Vi sóng
Áp lực thủy tĩnh cao
Ép đùn
Gia nhiệt ohmic
Siêu âm
Chiếu xạ
Xung điện trường
Plasma
Hấp áp lực
Pullulanase
Isoamylase
α -amylase
β -amylase
Transglucosidase
Amylosucrase
Ester hóa
Tạo liên kết ngang
Hydroxylpropyl hóa
Acetyl hóa
Acid hóa
Oxi hóa
Tạo phức với lipit
Hình 1.4 Sơ đồ liệt kê các phương pháp biến đổi tinh bột nhằm gia tăng RS](https://image.slidesharecdn.com/nghincusnxuttinhbtkhngtiuhattinhbtuxanhvngdngtrongchbinthcphm-230721165255-10c79ead/75/Nghien-c-u-s-n-xu-t-tinh-b-t-khang-tieu-hoa-t-tinh-b-t-d-u-xanh-va-ng-d-ng-trong-ch-bi-n-th-c-ph-m-47-2048.jpg)
![32
bằng các tác nhân vật lý cũng khá lớn so với biến đổi bằng hóa học. Phạm vi ứng dụng
và giá trị gia tăng của sản phẩm cũng được thay đổi nhiều [172].
Các tác nhân sử dụng trong phương pháp vật lý là nhiệt độ, ẩm độ, sóng điện từ, xung
điện, bức xạ hay áp lực… (Hình 1.9) để làm thay đổi trật tự sắp xếp trong vùng kết tinh
và vô định hình ngay trong hạt mà từ đó làm tăng hàm lượng RS. Xử lý bằng nhiệt ẩm
(HMT) và ẩm nhiệt (ANN) là những phương pháp vật lý phổ biến cho hiệu suất cao, dễ
điều khiển, sản phẩm tạo ra ít có sự thay đổi về tính chất chức năng do không tác động
làm phá vỡ hạt, có thể áp dụng với nhiều nguồn tinh bột khác nhau, nhưng thời gian xử
lý kéo dài [53], [52], [173]. Cơ chế chung cho biện pháp xử lý thủy nhiệt là sử dụng nhiệt,
ẩm tác động vào hạt tinh bột trong khoảng thời gian nhất định làm tăng tính linh động
của các chuỗi trong tinh bột. Từ đó, tạo điều kiện cho các chuỗi AM và AP tương tác với
nhau làm thay đổi hình thức tổ chức chuỗi trong các miền vô định hình hoặc phá vỡ vùng
tinh thể của tinh bột tự nhiên dẫn đến việc hình thành RS3 khi hồ tinh bột được thoái hóa.
Mức độ thay đổi này chịu ảnh hưởng bởi cấu trúc, thành phần tinh bột, lượng ẩm và nhiệt
độ trong quá trình xử lý [53]. Hấp thường hay hấp áp lực kết hợp thoái hóa theo chu kỳ
cũng là biện pháp hiệu quả nhưng cần đòi hỏi thiết bị sử dụng và dưới tác động của điều
kiện xử lý mạnh, hạt tinh bột bị phá vỡ hoàn toàn, tính chất từ đó mà thay đổi lớn [174].
Các phương pháp vật lý khác như gia nhiệt ohmic, siêu âm, bức xạ, xung điện trường,
chiếu xạ, plasma được nhận định là kém hiệu quả hơn, thiết bị sử dụng phức tạp, kỹ thuật
điều khiển khó khăn, khó kiểm soát và tốn kém [175], [176], [177], [74]. Phương pháp
ép đùn thường áp dụng trên nguyên liệu giàu tinh bột hoặc loại tinh bột đã biến tính hóa
học trước đó nên khó so sánh và đánh giá hiệu quả. Phương pháp này phụ thuộc nhiều
vào loại thiết bị sản xuất như loại máy, năng suất máy, áp lực, loại trục vít, tốc độ và bước
vít [178], [179]. Trong những năm trở lại đây, một số biện pháp vật lý với quá trình xử
lý nhẹ đang phát triển mạnh mẽ, chẳng hạn như áp suất thủy tĩnh cao (HHP), gia nhiệt
ẩm bằng vi sóng, sóng siêu âm, nhằm thay thế các biện pháp nhiệt tốn nhiều thời gian và
năng lượng [180], [181], [36]. Xu hướng mới hiện nay là không sử dụng các biện pháp
riêng lẻ mà kết hợp để giảm thiểu những tổn hại, rút ngắn thời gian chế biến, tránh ô
nhiễm môi trường và tăng cường hiệu quả cho quá trình tác động [3].
Phương pháp enzyme chủ yếu tác động bằng việc cắt mạch hoặc cắt các nhánh trong phân](https://image.slidesharecdn.com/nghincusnxuttinhbtkhngtiuhattinhbtuxanhvngdngtrongchbinthcphm-230721165255-10c79ead/75/Nghien-c-u-s-n-xu-t-tinh-b-t-khang-tieu-hoa-t-tinh-b-t-d-u-xanh-va-ng-d-ng-trong-ch-bi-n-th-c-ph-m-48-2048.jpg)
![33
tử AM và AP làm thay đổi tỷ lệ AM/AP và sau khi thoái hóa hồ tinh bột, chúng sẽ dễ kết
tinh lại, đóng gói chặt chẽ làm tăng hàm lượng RS. Hiệu quả và cơ chế thủy phân của các
enzyme là khác nhau, nhưng loại được dùng nhiều nhất là pullulanase cắt nhánh trên phân
tử AP [156, 210]. Tuy nhiên, quá trình thủy phân đã phá vỡ hoàn toàn hạt tinh bột nên
các tính chất như tính lưu biến, độ nhớt, độ trương nở, độ hòa tan của tinh bột sau biến
đổi thường rất khác với loại tinh bột ban đầu [182], [33], [51]. Sử dụng enzyme để làm
tăng RS là biện pháp an toàn, thân thiện với môi trường, nhưng khó điều khiển, đắt tiền
và thời gian xử lý dài [183].
Nhiều nghiên cứu chỉ ra rằng biến đổi bằng hóa học hiệu quả hơn cả trong 3 phương pháp
được liệt kê trên đây, nhưng bất lợi lớn nhất là sự an toàn trong xử lý và tồn dư trong sản
phẩm cuối [184], [96].
Tính kháng của tinh bột biến đổi bằng phương pháp hóa học tăng lên liên quan chủ yếu
đến bản chất và chức năng của các nhóm chức được gắn thêm hoặc thay thế trên phân tử
tinh bột. Cũng có thể làm thay đổi cấu trúc không gian hoặc thay đổi tính kỵ nước của
tinh bột sau xử lý cũng làm tăng khả năng kháng enzyme tiêu hóa. Các nhóm chức chủ
yếu như acetyl, hydropropyl, octenylsuccorose cồng kềnh được gắn trên C2 của từng đơn
phân glucose của tinh bột làm cản trở việc định vị đúng vị trí phản ứng của cơ chất trong
trung tâm hoạt động của enzyme nhờ đó làm giảm khả năng tiêu hóa [96], [185].
Do yêu cầu cao về tính an toàn khi sử dụng trong thực phẩm mà các phương pháp biến
tính bằng tác nhân vật lý và enzyme thường được sử dụng nhiều hơn khi biến đổi tinh
bột. Hơn nữa, các nghiên cứu chỉ ra rằng lợi thế của các tinh bột họ đậu là có sẵn %AM
cao nên khi được nấu chín và làm nguội, hồ tinh bột có xu hướng thoái hóa nhanh hơn,
dễ hơn, do đó làm tăng RS3 lên cao hơn và bền nhiệt hơn. So với tinh bột ngũ cốc được
xử lý trên cùng điều kiện thì tỷ lệ tiêu hóa của tinh bột đậu thấp hơn nhiều [124]. Chính
vì điều này mà tinh bột đậu đỗ là nguyên liệu phù hợp cho các biện pháp xử lý thủy nhiệt
hoặc xử lý bằng enzyme để làm gia tăng hàm lượng tinh bột kháng [186], [107]. Một số
phương pháp thủy nhiệt phổ biến thường được sử dụng trong làm giàu RS với nhóm tinh
bột đậu đỗ thể hiện qua Bảng 1.11.
Như vậy, có thể nhận định tinh bột nói chung và tinh bột đậu đỗ nói riêng là nguyên liệu
phù hợp cho việc sử dụng các phương pháp vật lý hoặc enzyme trong làm giàu RS để](https://image.slidesharecdn.com/nghincusnxuttinhbtkhngtiuhattinhbtuxanhvngdngtrongchbinthcphm-230721165255-10c79ead/75/Nghien-c-u-s-n-xu-t-tinh-b-t-khang-tieu-hoa-t-tinh-b-t-d-u-xanh-va-ng-d-ng-trong-ch-bi-n-th-c-ph-m-49-2048.jpg)
![34
đảm bảo tính an toàn cho tinh bột sau biến đổi đồng thời nâng cao hiệu quả của quá trình.
1.3.2 Phương pháp xử lý ẩm nhiệt bằng vi sóng (phương pháp vi sóng)
1.3.2.1 Giới thiệu về vi sóng
Vi sóng là sóng điện từ với các tần số nằm trong khoảng từ 300 MHz đến 300 GHz và
dải bước sóng tương ứng từ 1 m đến 1 mm [115], [116]. Chúng thường được sử dụng
trong chế biến thực phẩm để làm nóng, nướng, khử hoạt tính enzyme và biến đổi tính
chất thực phẩm v.v. [189]. Các dải tần số sử dụng nhiều nhất trong quá trình xử lý vi sóng
là 915 MHz và 2.45 GHz cho lò vi sóng công nghiệp và 2.45 GHz dành cho lò vi sóng
Bảng 1.11 Xử lý thủy nhiệt với các tinh bột đậu đỗ
Tinh
bột dậu
Phương pháp
(Điều kiện thử
nghiệm)
AM
(%)
RS (%) Xray
% Tinh
thể
Kết luận
Tài liệu
tham khảo
Hà Lan,
lăng,
biển
Nhiệt ẩm (100 -
120o
C, 2 giờ, 30%
ẩm; 24 giờ)
ẩm nhiệt (70%
ẩm, T<Thồ10 -
15o
C)
38,2
38,9
40,8
Tăng lên
7,7; 11,2 và
10,4
ở120o
C
C→C -
Nhiệt ẩm
đáp ứng tốt
hơn ẩm
nhiệt
Chung,
2010 [74]
Tây,
đen
Ẩm nhiệt (50o
C;
24 giờ, 50% ẩm)
-
Tăng,
39,7% và
58,1%
- - -
Simsek,
2012 [184]
Xanh
(Trung
Quốc)
Nhiệt ẩm (15% -
35% ẩm
120o
C,12giờ)
35
11,2→45,2
ở 20% ẩm A→A tăng
Sự giảm tiêu
hóa là do sự
sắp xếp lại
của các tinh
thể
Li, 2011
[151]
Xanh
(Ấn Độ)
Nhiệt ẩm (80, 100
và 120o
C 30% ẩm,
16 giờ)
tăng
6,85→
38,36
ở120o
C
A→A tăng
Nhiệt ẩm
làm tăng RS
do tăng AM
và kết tinh
Barua &
Srivastav,
2017
Đen, đỏ,
lima
Hấp thường (19-
35% ẩm, 90 phút)
autoclave (15
phút, 120o
C)
-
2,2→18,9
1,7→21,2
2,0→30,7
ở 120o
C
- -
Hấp áp lực
và thông
thường như
nhau
Tovar &
Melito,
1996 [187]
Adzuki,
thận
Hấp áp lực
(100,120,130o
C,
30 phút, 20% ẩm)
-
2,5 và 4%
ở 130o
C
- - -
Kojima,
2006
Cowpea
đũa
Hấp áp lực
(121o
C/20 phút,
lưu 4o
C/24 giờ,
lặp vòng 1,3,5 lần)
37,5
→
39,3
32,11→41,
26 ở 1 lần
lặp
C→B tăng
Tăng tinh
thể và liên
kết xoắn
kép, màu tối
do caramel
Ratnaingsi
h, 2020
[169]
Gà
Hấp áp lực
(121o
C, 30 phút,
thoái hóa 24, 48,
72 giờ)
-
40,16→
53,54;
59,42 60,75
ở 72 giờ
C→B
→
B+V
25,44→
28,08→
31,81→
33,89
Tăng số
lượng xoắn
kép
Jagannadh
a, 2016
[188]](https://image.slidesharecdn.com/nghincusnxuttinhbtkhngtiuhattinhbtuxanhvngdngtrongchbinthcphm-230721165255-10c79ead/75/Nghien-c-u-s-n-xu-t-tinh-b-t-khang-tieu-hoa-t-tinh-b-t-d-u-xanh-va-ng-d-ng-trong-ch-bi-n-th-c-ph-m-50-2048.jpg)
![35
gia đình [190], [191]. Điện trường của bức xạ vi sóng dao động với tốc độ khoảng 4,9.109
lần mỗi giây, khiến trật tự các phân tử và ion phân cực liên tục bị thay đổi, cọ xát với
nhau và va chạm với các phân tử xung quanh thông qua cảm ứng điện từ và do đó tạo ra
năng lượng nhiệt nhanh [192].
Tác động của vi sóng lên vật liệu dựa trên năng lượng vi sóng được phân phối trực tiếp
tới vật liệu thông qua sự tương tác phân tử với trường điện từ. Khi vi sóng hướng trực
tiếp vào vật liệu, một phần năng lượng được phản xạ, một phần được truyền qua bề mặt
và một phần bị hấp thụ. Ảnh hưởng chủ yếu của tương tác vi sóng với vật liệu là sự gia
nhiệt điện môi và tính chất từ của môi trường. Theo đó, vi sóng ảnh hưởng đến thực phẩm
thông qua điện trường tần số cao gây ra chuyển động và ma sát của các phân tử trong
thực phẩm. Do vậy, vi sóng có thể chuyển đổi năng lượng điện từ thành năng lượng nhiệt
và tạo ra sự gia nhiệt bên trong và bên ngoài vật liệu [193]. Khả năng tác động vi sóng
với tinh bột có thể thực hiện tốt do tinh bột ẩm có nhóm hydroxyl trong nước và trong
cấu trúc của tinh bột dẫn đến sự gia tăng nhiệt điện môi và phân cực điện.
Tinh bột là chất không có từ tính và chỉ phản ứng với điện trường của vi sóng. Theo khía
cạnh này, độ hấp thụ tương đối của tinh bột là một biện pháp cho khả năng một chất hấp
thụ, truyền và phản xạ năng lượng vi sóng [194]. Theo Swinkels (1985), cơ chế tác động
của vi sóng lên hạt tinh bột (đã được xử lý ẩm ở điều kiện khí quyển) có thể được mô tả
như sau: sự tác động của năng lượng vi sóng lên các phân tử nước trong hạt tinh bột làm
gia tăng nhiệt độ ban đầu của hạt tinh bột, tiếp theo nhiệt độ tăng nhanh làm tinh bột bị
mất ẩm do bốc hơi nước tạo ra một áp suất cao cục bộ bên trong hạt, nhiệt độ cao nhất ở
trung tâm hạt lan ra toàn bộ hạt có thể thay đổi cấu trúc và có thể làm vỡ hạt tinh bột
[195].
1.3.2.2 Nguyên tắc, quá trình thực hiện, ưu nhược điểm của phương pháp xử lý ẩm nhiệt
tạo tinh bột kháng bằng vi sóng
• Cơ sở của phương pháp: Dựa vào sóng điện từ mang năng lượng, vi sóng- một bức xạ
không ion hóa tác động vào vật liệu tinh bột có nước được kiểm soát làm các phân tử
tương tác với nhau và với trường điện tần số cao tạo sự gia tăng nhiệt độ và áp suất cục
bộ từ đó gây ra hồ hóa từng phần làm lên sự thay đổi cấu trúc bên trong hạt tinh bột (Hình
1.10). Vi sóng có thể sắp xếp lại cấu trúc phân tử, dẫn đến sự thay đổi khả năng kháng](https://image.slidesharecdn.com/nghincusnxuttinhbtkhngtiuhattinhbtuxanhvngdngtrongchbinthcphm-230721165255-10c79ead/75/Nghien-c-u-s-n-xu-t-tinh-b-t-khang-tieu-hoa-t-tinh-b-t-d-u-xanh-va-ng-d-ng-trong-ch-bi-n-th-c-ph-m-51-2048.jpg)
![36
tiêu hóa, khả năng hấp thụ nước, độ hòa tan, độ nhớt và độ bền gel cũng như các thông
số của quá trình hồ hóa [196], [197], [193].
Phiến vô
định hình
Phiến
tinh thể
Liên kết α-1-6
Liên kết chuỗi α-1-4
Lớp chuyển
tiếp
Xoắn kép
Đầu mất trật tự của
xoắn kép
Xoắn kép
không được sắp
xếp trong tinh
thể
Hình 1.10 Sơ đồ của hiệu ứng làm nóng nhanh bởi vi sóng lên cấu trúc tinh bột
(AM trong phiến vô định hình không được hiển thị); (a) đại diện cho mô hình của tinh bột
thô và (b) cho thấy sự thay đổi cấu trúc được đề xuất sau khi xử lý [193].
• Phân loại, cách thực hiện và các thông số quan trọng trong quá trình sản xuất
Tao (2020) [76] báo cáo về sự tương tác giữa bức xạ vi sóng và tinh bột, xác nhận rằng
vi sóng gây ra sự sắp xếp lại các cấu trúc nội phân tử và sự thay đổi cấu trúc kết tinh, do
đó làm thay đổi khả năng hấp thụ nước, độ hòa tan, khả năng trương nở, đặc tính hồ hóa
và entanpy, sự tạo xoắn các mạch phân tử do mất nước và tính chất lưu biến của tinh bột.
Vi sóng gây ra năng lượng không kích thích làm gia tăng nhiệt độ trong môi trường thâm
nhập. Điều này là do sự thay đổi nhanh chóng của trường điện từ ở tần số cao [198]. Yếu
tố chính ảnh hưởng đến cấu trúc và tính chất hóa lý của tinh bột khi vi sóng là hàm ẩm
[199], các loại tinh bột [200], mức năng lượng [201] và thời gian vi sóng (Bảng 1.12).
Độ ẩm là yếu tố quan trọng trong việc biến đổi tinh bột bằng vi sóng vì nước là chất phân
cực trong hỗn hợp tinh bột - nước nên quyết định chính đến tính chất điện môi [76]. Khi
tiếp xúc với vi sóng, sự gia tăng nhiệt độ của tinh bột có mối tương quan tỷ lệ thuận với
năng lượng vi sóng, độ ẩm và loại tinh bột. Trong quá trình vi sóng, thời gian, nhiệt độ
xử lý của tinh bột bị ảnh hưởng đáng kể bởi độ ẩm [198]. Tinh bột có chứa độ ẩm thấp
(1 - 5%) có nhiệt độ tăng nhanh, trong khi đó độ ẩm cao hơn (7 - 15%) lại có sự gia tăng
nhiệt độ không đáng kể. Nhưng các tinh bột có độ ẩm cao hơn nữa (> 20%) cho thấy nhiệt
độ tăng lên cùng với sự gia tăng hàm lượng hơi nước do quá trình chuyển hoá đẳng nhiệt](https://image.slidesharecdn.com/nghincusnxuttinhbtkhngtiuhattinhbtuxanhvngdngtrongchbinthcphm-230721165255-10c79ead/75/Nghien-c-u-s-n-xu-t-tinh-b-t-khang-tieu-hoa-t-tinh-b-t-d-u-xanh-va-ng-d-ng-trong-ch-bi-n-th-c-ph-m-52-2048.jpg)
![37
xảy ra trong tinh bột. Tương tự, Zhang (2009) [181] phát hiện ra rằng nhiệt độ tinh bột
dong riềng (20 - 45% độ ẩm) tăng lên cùng với thời gian 1,5 phút đầu tiên tiếp xúc với
năng lượng vi sóng từ 400 – 1000 W. Theo Stevenson (2005) [202], nhiệt độ khi xử lý
tinh bột ngô (15-40% độ ẩm) ở tốc độ vi sóng là 0,17 và 0,50 W/g tăng trong suốt 1 giờ
và có thay đổi lớn nhất trong 10 phút đầu tiên. Các tác giả cũng kết luận rằng sự khác
nhau về thời gian, nhiệt độ cũng là kết quả của sự khác biệt của nguồn gốc thực vật và
các thiết bị vi sóng. Quy trình chung tổng kết lại cho các bước thực hiện trong việc tạo
RS theo phương pháp xử lý ẩm nhiệt bằng vi sóng (gọi tắt là phương pháp vi sóng) được
trình bày dưới đây (Hình 1.11).
Cân tinh
bột, nước
Cân bằng
ẩm 24 giờ
Làm nguội
nhiệt độ
phòng
Thoái hóa -
18, 0, +4o
C,
24 giờ
Sấy 45 - 50o
C,
1 - 2 ngày, A0
<
10%
Vi sóng theo
mức W và thời
gian
Hình 1.11 Sơ đồ các bước thực hiện trong làm giàu RS bằng vi sóng
Độ ẩm ảnh hưởng đến khả năng tạo RS khi vi sóng, chẳng hạn xử lý ẩm 42,1 - 45,1%,
(122 giây và 3 mức năng lượng 330 W, 606 W, và 713 W) với 3 loại tinh bột lúa mạch
khác nhau (%AM trung bình, cao và thấp) đã làm RDS tăng cao, SDS, RS thấp hơn đáng
kể so với tinh bột không vi sóng [203]. Tuy nhiên ở 20% ẩm (1000 W, 30 phút) xử lý với
tinh bột dong riềng, RS cao gấp đôi so với tinh bột ban đầu [162]. Hàm lượng RDS giảm
một nửa trong tinh bột đã xử lý, trong khi SDS gần như không thay đổi. Các tác giả giải
thích rằng khi độ ẩm thấp (< 30%), nước hoàn toàn giới hạn trong một “lớp đơn thực sự”,
nên có thể liên kết hoàn toàn với các hạt tinh bột, dẫn đến khả năng hấp thụ vi sóng tương
đối thấp [204]. Do vậy chỉ có sự thay đổi ở cấu trúc bên trong, hồ hóa từng phần, không
làm thay đổi hình dạng. kích thước, hạt không bị phá vỡ. Các nghiên cứu điển hình với
độ ẩm thấp phải kể đến là trên tinh bột ngô AM cao (độ ẩm <30%) [205], hay trên tinh
bột khoai tây (độ ẩm 15%) [206] hoặc trên tinh bột hạt dẻ ngựa Ấn Độ (độ ẩm 22 ± 3%)
[196]. Ở khoảng độ ẩm này tính chất điện môi của tinh bột phụ thuộc vào độ ẩm của tinh
bột. Độ ẩm được giữ ở mức thấp, quá trình xử lý nhiệt sẽ được kiểm soát phù hợp, khi đó
tổn thất điện môi giảm [207], [208]. Do đó, ngay cả khi được xử lý bằng vi sóng có kiểm
soát, các bộ phận có đặc tính điện di cao có thể hấp thụ và biến đổi nhiều vi sóng thành
nhiệt hơn. Từ đó gây ra nhiều thay đổi hơn, chẳng hạn như các thay đổi về hình thái, cấu](https://image.slidesharecdn.com/nghincusnxuttinhbtkhngtiuhattinhbtuxanhvngdngtrongchbinthcphm-230721165255-10c79ead/75/Nghien-c-u-s-n-xu-t-tinh-b-t-khang-tieu-hoa-t-tinh-b-t-d-u-xanh-va-ng-d-ng-trong-ch-bi-n-th-c-ph-m-53-2048.jpg)
![38
trúc của tinh bột [209]. Bảng 1.12 cũng cho thấy ở độ ẩm 20%, 25% hoặc 30% được sử
dụng chủ yếu cho nhóm tinh bột đậu đỗ, ngũ cốc và củ với mục đích gia tăng RS hoặc
thể hiện qua sự thay đổi của cấu trúc tinh bột như độ kết tinh và %xoắn kép tăng lên.
Ở mức ẩm cao, khi các hạt tinh bột được đun nóng trong lượng nước dư thừa, tinh bột
trải qua quá trình hồ hóa- một quá trình đa giai đoạn không thể đảo ngược. Quá trình bao
gồm sự trương nở hạt, tan chảy tinh thể tự nhiên, mất khả năng phản sáng và hòa tan tinh
bột làm quá trình hồ hóa nhanh chóng diễn ra [193]. Giá trị hằng số điện môi và tổn thất
điện môi tương đối cao trong hệ tinh bột có độ ẩm cao. Hệ thống như vậy có thể có sự
chuyển đổi nhanh chóng chuyển đổi năng lượng vi sóng thành nhiệt năng và khi đó nhiệt
độ gia tăng.
Đối với sự thay đổi về mức năng lượng vi sóng, nếu năng lượng đầu vào của vi sóng cực
thấp, những thay đổi hình thái xảy ra không đáng kể [210]. Nhưng ở mức năng lượng
sóng đủ lớn, nó được hấp thụ và chuyển thành nhiệt, tinh bột bắt đầu hồ hóa. Sự thay đổi
về hình thái và cấu trúc của tinh bột phụ thuộc vào mức độ hồ hóa trong quá trình xử lý
vi sóng [209]. Ở mức độ ẩm cao, hầu hết các nghiên cứu đều cho hàm lượng RS giảm
[107], [189], [211] hoặc tăng rất thấp [212] hay thể hiện bằng độ kết tinh và lượng xoắn
kép giảm (Bảng 1.12). Sau khi tinh bột biến đổi ẩm nhiệt bằng vi sóng được làm nguội
các phân tử lại xoắn lại, bền chặt, hoàn hảo và tăng tính kháng enzyme tiêu hóa. Cũng
cần phải nói thêm rằng, do vi sóng có thể dẫn đến sự sinh nhiệt tích lũy nhanh trong một
khoảng thời gian ngắn, dẫn đến việc làm thay đổi cấu trúc tinh bột ở tốc độ cao nên có
thể tạo năng suất lớn trong sản xuất RS3 [193].
Hàm lượng RS khi biến đổi ẩm nhiệt bằng vi sóng còn phụ thuộc vào loại tinh bột. Dữ
liệu về xử lý vi sóng của các loại tinh bột khác nhau hoặc loại tinh bột có hàm lượng AM
khác nhau cho thấy rằng năng lượng vi sóng tốt nhất trước hết được truyền đến vùng vô
định hình của hạt tinh bột và các vùng kết tinh bị ảnh hưởng sau đó [191], [213]. Vì các
cấu trúc phiến và kết tinh của tinh bột ảnh hưởng trực tiếp đến khả năng tiêu hóa [197]
nên các loại nguyên liệu giàu AM thường cho RS nhiều hơn khi biến đổi.
Các loại đậu đỗ ít được nghiên cứu sử dụng biến đổi tinh bột bằng vi sóng với dạng tinh
bột và việc đo lường tinh bột kháng cũng không được đề cập trong các nghiên cứu được](https://image.slidesharecdn.com/nghincusnxuttinhbtkhngtiuhattinhbtuxanhvngdngtrongchbinthcphm-230721165255-10c79ead/75/Nghien-c-u-s-n-xu-t-tinh-b-t-khang-tieu-hoa-t-tinh-b-t-d-u-xanh-va-ng-d-ng-trong-ch-bi-n-th-c-ph-m-54-2048.jpg)
![39
thống kê trong Bảng 1.12.
Bảng 1.12 Xử lý nhiệt ẩm bằng vi sóng với các loại tinh bột
Tinh
bột
Điều kiện thử nghiệm RS (%) Kết luận
Tài liệu tham
khảo
Đậu
lăng
25% ẩm, 325 W, 6,858 phút,
thoái hóa 4o
C, 24 giờ
11,2→45,2
Bề mặt sần sùi, gia tăng tinh
thể
Gonzalez, 2002
[214]
Field
pea
85,7% ẩm 700 W/18g,
5phút, thoái hóa 4o
C, 24
giờ
-
tăng độ kết tinh 17,09
→19,64, liên kết xoắn kép
bền chặt 58,04%
Zhou, 2019
[212]
Đậu Hà
Lan
85,7%, 700 W, 5 phút,
thoái hóa 4o
C, 24 giờ
-
Mức xoắn kép tăng, kết tinh
theo NMR tăng
Zhou, 2019
[212]
Hạt sen
70% ẩm, 8 W/g, 2 phút,
thoái hóa 4o
C, 24 giờ
15,38→30,4
2
Tăng xoắn kép trong vùng
kết tinh
Zeng, 2016
[38]
Gạo tẻ
và gạo
nếp
20% ẩm; 4, 8,
10 W/g, 3 phút thoái hóa
4o
C, 24 giờ
17,43→27,2
4%
Mức W thấp cho RS cao
hơn. Mức w thấp thúc đẩy
hình thành SDS. Gạo tẻ cho
RS cao hơn
Li, 2019 [98]
Khoai
tây
300 W,100 giây, thoái hóa
4o
C, 24 giờ
27,09%
AM tăng 35.06% cùng với
RS
Li, 2018 [215]
Dong
riềng
20% - 40% ẩm, 400 - 1000
W, 5 - 30 phút, thoái hóa
4o
C, 24 giờ
-
20-30% ẩm RS tăng nhanh,
35-40% RS giảm
Ẩm cao, thời gian ngắn mức
w cao, tiêu hóa nhanh
Zhang, 2009
[181]
Ngô
AM cao
43,3% ở 160 – 800 W, 2,4
phút, thoái hóa 4o
C, 24 giờ
47,2
RS cao nhất ở 20% ẩm, 4
phút, 160 W
Mutlu, 2017,18
[216], [217]
Gạo
nếp
30% ẩm, 160 W/g 5 phút
(lặp 7 lần), thoái hóa 4o
C,
24 giờ
-
Vùng vô định hình bị ảnh
hưởng ở 5 phút đầu, vùng
kết tinh bị phá hủy sau 10
phút
Yang, 2017
[213]
Ngô
AM cao
30% ẩm, 120 W/g 1,2,3,4
phút, thoái hóa 4o
C, 24 giờ
40,7 - 54,5
Thời gian ngắn làm gia tăng
RS, thời gian dài RS giảm
Zhong, 2019
[205]
Đậu
lăng
75% ẩm, 14 W/g 30 phút,
thoái hóa 4o
C, 24 giờ
-
Độ kết tinh, xoắn kép giảm,
kích cỡ DP của AP thu hẹp
Ma, 2018; Yin,
2018 [107],
[14]
Hạt dẻ,
ngô,
khoai
tây
30%. 120 mA, 20 giây, 24
giờ thoái hóa
73,4 - 74,3
62 - 65,2
64,7 - 66,3
Chuyển từ A→ B
B→B (khoai tây)
Wang, 2019
[128]
Dong
riềng
20% ẩm, 1000 W, 30 phút,
thoái hóa 4o
C, 24 giờ
27,73 -
52.52
RS tăng khi tăng hoạt động
xử lý
Zhang, 2010
[162]
Kiều
mạch
30,3%; 40%, 50,4% ẩm, 6
phút, thoái hóa 4o
C, 24 giờ
- Tăng khi mức ẩm thấp
Gupta, 2008
[218]
Ngô,
khoai
tây
30%; 2,06-6,63 W/g; 5
phút, thoái hóa 4o
C, 24 giờ
56,61→44,9
4→33,36
65,91→67,1
7→40,08
Mức W cao RS tăng rồi
giảm với khoai tây cấu trúc
B, giảm với ngô cấu trúc A
Xu, 2019 [219]
Với Gonzalez (2002) [214] quan sát thấy có sự gia tăng kết tinh khi thực hiện trên tinh
bột đậu lăng ở mức năng lượng 325 W trong 6,858 phút, 25% ẩm, kết quả làm tăng đáng
kể lượng RS (11,2% lên 45,2%). Trong một nghiên cứu khác trên tinh bột ngô AM cao
hoặc tinh bột dong riềng kết quả cho hàm lượng RS tăng cao (Bảng 1.12). Hàm lượng RS](https://image.slidesharecdn.com/nghincusnxuttinhbtkhngtiuhattinhbtuxanhvngdngtrongchbinthcphm-230721165255-10c79ead/75/Nghien-c-u-s-n-xu-t-tinh-b-t-khang-tieu-hoa-t-tinh-b-t-d-u-xanh-va-ng-d-ng-trong-ch-bi-n-th-c-ph-m-55-2048.jpg)
![40
có những thay đổi tùy thuộc vào nguồn gốc thực vật của tinh bột. Một số nghiên cứu cho
thấy RS sẽ không tăng và thậm chí còn giảm đáng kể nếu tinh bột được xử lý ở mức năng
lượng vi sóng cao hoặc tinh bột được nấu trước khi vi sóng. Việc xử lý bằng vi sóng với
tinh bột ngũ cốc đều cho kết quả RS giảm đáng kể như nghiên cứu của Anderson (2006)
[220], Hódsági (2012) [221] và Emami (2012) [203]. Ngược lại, khi xử lý tinh bột dong
riềng AM cao ở 20% ẩm, 1000 W, 30 phút, hàm lượng RS trong tinh bột biến tính cao
gấp đôi so với tinh bột ban đầu [197]. Mutlu (2017) [216] xử lý vi sóng trên tinh bột ngô
cho hàm lượng RS lên đến 43,3% ở 800 W, 20% ẩm. Kết quả cũng tương tự với Zeng
(2016) [38] xử lý trên tinh bột hạt sen làm gia tăng RS từ 7,3 lên 30,4%.
Mức năng lượng vi sóng cũng cho thấy sự ảnh hưởng khi tác động vi sóng trên tinh bột
ngô và khoai tây trong nghiên cứu của Xu (2019) [219]. Hầu hết các nghiên cứu khẳng
đinh rằng vi sóng thúc đẩy hình thành xoắn kép trong tinh bột kháng (Bảng 1.12). Điều
này là nguyên nhân cho việc gia tăng RS bằng vi sóng. Như vậy, hàm lượng RS tạo thành
khi vi sóng bị ảnh hưởng đáng kể bởi nguồn tinh bột mà cụ thể là hàm lượng AM, độ ẩm
của huyền phù tinh bột, các quá trình xử lý trước vi sóng, mức năng lượng và thời gian
vi sóng.
• Ưu nhược điểm của phương pháp sản xuất sử dụng vi sóng
Vi sóng có nhiều ưu điểm trong sản xuất bao gồm việc làm nóng nhanh, làm nóng vật
liệu chọn lọc, làm nóng theo thể tích và xử lý môi trường sạch. Ngoài ra, chi phí vận hành
thấp hơn do nhiệt sinh ra bởi năng lượng vi sóng xảy ra chủ yếu trong khoang, không
phải trong các vách lò hoặc qua làm nóng không khí, đồng thời thời gian xử lý ngắn làm
nên những ưu điểm cho phương pháp này [222]. Mặc dù vậy, vi sóng cũng có một số
nhược điểm như làm nóng không đồng đều, tối ưu hóa sản xuất với các thông số, thiết bị
chuyên biệt phức tạp. Nhận định của Brasoveanu (2014) là các nghiên cứu trong tương
lai cần tập trung một cách hệ thống vào những thay đổi về cơ lý và hóa học của từng loại
tinh bột có độ ẩm khác nhau khi tiếp xúc với vi sóng trong phạm vi công suất và thời gian
khác nhau [36].
Có thể nói, hiện chưa đủ số liệu và dẫn chứng để minh chứng về khả năng làm gia tăng
RS bằng vi sóng đối với nhóm tinh bột đậu đỗ. Nhưng với những kết quả nghiên cứu của](https://image.slidesharecdn.com/nghincusnxuttinhbtkhngtiuhattinhbtuxanhvngdngtrongchbinthcphm-230721165255-10c79ead/75/Nghien-c-u-s-n-xu-t-tinh-b-t-khang-tieu-hoa-t-tinh-b-t-d-u-xanh-va-ng-d-ng-trong-ch-bi-n-th-c-ph-m-56-2048.jpg)
![41
những tác giả được liệt kê trên đây, rất cần thêm những thử nghiệm trên các đối tượng
tinh bột đậu đỗ khác để có thể xác nhận tổng quát hơn về tác động của phương pháp này.
1.3.3 Phương pháp cắt nhánh bằng pullulanase
Để khử nhánh AP của tinh bột trong các nghiên cứu làm giàu RS, có hai loại enzyme
được sử dụng là isoamylase (ISA) và pullulanase (PUL). Theo Maarel (2002) Sự khác
biệt chính của 2 loại enzyme này là tính đặc hiệu cơ chất. ISA có thể khử nhánh AP và
glycogen, nhưng không thể tách pullulan. Ngược lại, PUL có thể phá vỡ AP và pullulan,
nhưng không cắt glycogen. PUL thường tham gia vào quá trình tiêu hóa tinh bột, trong
quá trình nảy mầm, trong khi ISA giúp quá trình tổng hợp [356]. Tuy nhiên, PUL thường
được sử dụng nhiều hơn ISA là vì nhiệt độ thiết lập hoạt động tốt hơn, pH phù hợp hơn
trong khử nhánh tinh bột (50o
C, pH5). Trong khi ISA bị phân hủy ở nhiệt độ phòng. PUL
có thể ổn định trong 8 tháng ở 4–6°C, và sau khi làm khô chân không, nó vẫn gần như
nguyên vẹn trong 8 tháng bảo quản ở nhiệt độ phòng [223]. Hơn thế nữa, PUL có thể cắt
các nhánh từ nhỏ đến lớn, trong khi ISA chỉ cắt các nhánh lớn (từ 5 đơn vị glucose trở
lên). Theo Hii (2012), sự hiện diện của maltotriose hoặc maltotetraose trong dịch thủy
phân sẽ ức chế cạnh tranh hoạt động của ISA [223]. Hiệu quả tác dụng, điều kiện ứng
dụng, khả năng thu nhận cao và dễ dàng hơn với giá thành rẻ của PUL so với ISA thể
hiện ở việc xuất hiện các chế phẩm quy mô công nghiệp được thương mại rộng rãi hơn.
Vì vậy, việc sử dụng enzyme PUL có lợi thế hơn ISA trong việc khử nhánh tạo nhánh
ngắn trung bình để làm giàu RS.
1.3.3.1 Giới thiệu về enzyme pullulanase
Pullulanase hay còn gọi là α-dextrin 6-glucanohydrolase, pullula 6-glucanohydrolase,
dextrinase và amylopectin 6-glucanohydrolase có nguồn gốc từ các vi sinh vật khác nhau
như Bacillus acidopullulyticus, Klebsiella planticola, Bacillus deramifican, Bacillus sp.
AN-7, Bacillus cereus FDTA-13 và Geobacillus stearothermophilus.
(Nhanh)
Pullulanase
Hình 1.12 Hoạt động của enzyme pullulanase [223]](https://image.slidesharecdn.com/nghincusnxuttinhbtkhngtiuhattinhbtuxanhvngdngtrongchbinthcphm-230721165255-10c79ead/75/Nghien-c-u-s-n-xu-t-tinh-b-t-khang-tieu-hoa-t-tinh-b-t-d-u-xanh-va-ng-d-ng-trong-ch-bi-n-th-c-ph-m-57-2048.jpg)
![42
PUL là loại enzyme khai thác quan trọng, đã được sử dụng rộng rãi để thủy phân các liên
kết α-1,6-glycosidic trong tinh bột, AP, pullulan và oligosacarit liên quan, cho phép hoàn
thành và chuyển đổi hiệu quả các polysacarit phân nhánh thành các loại mạch nhánh riêng
rẽ (Hình 1.12).
1.3.3.2 Nguyên tắc, quá trình thực hiện, ưu nhược điểm của phương pháp biến đổi tinh
bột kháng bằng enzyme pullulanase
• Cơ sở của phương pháp: dựa trên sự thủy phân đặc hiệu của những enzyme cắt liên kết
1,6 glycosidic chủ yếu trên mạch AP mà phân tử tinh bột được cắt thành các nhánh nhỏ
ở một mức độ có kiểm soát, kết quả là số lượng mạch thẳng (AM) gia tăng tạo điều kiện
cho quá trình thoái hóa. Sau đó là sự tổ chức lại trật tự phân tử, tạo xoắn kép ổn định hoặc
tập hợp lại tạo cấu trúc kết tinh mới từ đó làm tăng sự kháng enzyme tiêu hóa của tinh
bột. Hình 1.13 và Hình 1.14 dưới đây mô tả cấu tạo, cơ chế cắt, xoắn của tinh bột cắt
nhánh bằng enzyme PUL.
- Pullulanase
- Isoglucosidase
Amilopectin
Amilosemạchngắn
Liên kết1-4-glycoside
Liênkết1-6-glycoside
Tinh thể loại A Tinh thể loại B
Nước
Xoắn kép
Chuỗi thẳng ngắn
Quá trình làm mát
Xoắn kép
Xoắn đơn
Phân tán bằng cắt
nhánh với enzyme
Với sự hiện diện của
các phối tử hữu cơ
Quá trình làm mát
Nồng độ chất rắn cao hơn
Nhiệt độ cao hơn
Chuỗi ngắn hơn
Nồng độ chất rắn thấp hơn
Nhiệt độ thấp hơn
Chuỗi dài hơn
Hình 1.13 Mô tả hoạt động
của enzyme cắt liên kết 1,6
glycosidic trong phân tử AP
Hình 1.14 Sơ đồ cấu trúc kết tinh của tinh bột cắt
nhánh (DBS) [133]
• Thông số quan trọng trong quá trình sản xuất
Tinhbột/đệm
acetatepH5.5
1/3-1/5
Hồhóa:5-15phút
trongnướcsôiởbể
ổnnhiệtcókhuấy
Bẻnhánhvới
pullulanase10–50
U/g,8–24giờ,55o
C
Vôhoạt
enzymebằng
nhiệthoặccồn
Thoáihóa-18,
0,+4o
C,24giờ
Sấy45-50o
C,1
-2ngày,Ao
<
10%
Làmnguội
nhiệtđộphòng
Hình 1.15 Sơ đồ các bước thực hiện trong làm giàu RS bằng enzyme pullulanase](https://image.slidesharecdn.com/nghincusnxuttinhbtkhngtiuhattinhbtuxanhvngdngtrongchbinthcphm-230721165255-10c79ead/75/Nghien-c-u-s-n-xu-t-tinh-b-t-khang-tieu-hoa-t-tinh-b-t-d-u-xanh-va-ng-d-ng-trong-ch-bi-n-th-c-ph-m-58-2048.jpg)
![43
Enzyme là một chất xúc tác nhạy cảm vì vậy môi trường để gia ẩm khi thủy phân thường
dùng là dung dịch đệm. Tỷ lệ tinh bột/dung dịch đệm là 1/3 hoặc 1/5 với các loại đệm và
giá trị pH khác nhau tùy thuộc vào loại enzyme sử dụng. Enzyme PUL thường sử dụng
đệm acetate pH 5.5 để làm ẩm và hỗn hợp được hồ hóa từ 5 - 15 phút trước khi bổ sung
enzyme. Hồ tinh bột sau đó được làm nguội đến nhiệt độ tối thích của enzyme (PUL từ
vi khuẩn là 55o
C) và một lượng enzyme tính theo upun/g được thêm vào. Thời gian xử
lý enzyme có thể kéo dài từ 8 - 24 giờ tùy tinh bột và loại enzyme sử dụng. Kết thúc thời
gian xử lý, vô hoạt enzyme bằng nhiệt (đun nóng, hấp áp lực) hoặc dùng cồn tỷ lệ tinh
bột/cồn là 1/3-1/5 (theo thể tích). Hồ tinh bột sau đó được làm nguội đến nhiệt độ phòng
để thực hiện thoái hóa hoặc ly tâm tách dịch trước khi thoái hóa. Hồ tinh bột sau thời gian
thoái hóa được sấy ở nhiệt độ thấp đến độ ẩm an toàn giống các phương pháp trên đây
(Hình 1.15). Các nghiên cứu sử dụng PUL cho mục đích làm giàu RS thể hiện trong nhiều
nghiên cứu có liên quan [156], [253], [241], [33] đã báo cáo rằng các mẫu tinh bột khác
nhau được xử lý đều trở nên đề kháng hơn với các enzyme amylase của tuyến tụy.
Có thể nói rằng tinh bột cắt nhánh bằng PUL (Debranching starch - DBS) là một phương
pháp tốt để tạo SDS và RS [224], [225]. Thông thường dùng PUL để cắt nhánh các loại
tinh bột giàu AP. Tuy nhiên cũng có những nghiên cứu khẳng định về việc có thể làm
tăng hàm lượng RS trong tinh bột giàu AM [26], [35] nhưng không phải xu hướng đó
tồn tại trong tất cả các nguồn tinh bột [226]. Tinh bột đậu đỗ- một loại tinh bột giàu AM
và chuỗi ngắn thẳng, chúng có thể tạo thành cấu trúc kết tinh và mở rộng các vùng kết
tinh, dẫn đến tăng SDS và RS như giải thích trong nghiên cứu của Trinh (2013). Hơn
nữa, mạng gel được hình thành chậm trong thời gian hydrat hóa có thể làm giảm sự thủy
phân của amylase và góp phần tạo thành SDS và RS. Trong quá trình thoái hóa sau đó,
các chuỗi ngắn thẳng linh hoạt trong DBS liên kết lại bằng cách tạo ra các xoắn kép mới
được ổn định bởi các liên kết hydro, làm cho các liên kết glycosidic không thể tiếp cận
được với amylase [227]. DBSs chứa nhiều AM hoặc những chuỗi có độ cắt nhánh cao
hơn có ít RDS hơn SDS và RS [99], [228]. Do đó, DBS từ tinh bột có chứa AM có thể
phù hợp hơn cho việc tạo RS cao, trong khi các tinh bột nếp bị cắt nhánh là một nguồn
sẵn có để tạo SDS. Các nhà nghiên cứu khác cũng phát hiện ra rằng nồng độ enzyme cắt
nhánh cao hơn và thời gian xử lý ngắn hơn thích hợp cho sự hình thành SDS, trong khi
thời gian xử lý lâu, nồng độ enzyme thấp thích hợp cho sự tạo thành RS [140], [99].](https://image.slidesharecdn.com/nghincusnxuttinhbtkhngtiuhattinhbtuxanhvngdngtrongchbinthcphm-230721165255-10c79ead/75/Nghien-c-u-s-n-xu-t-tinh-b-t-khang-tieu-hoa-t-tinh-b-t-d-u-xanh-va-ng-d-ng-trong-ch-bi-n-th-c-ph-m-59-2048.jpg)
![44
Bảng 1.13 Xử lý cắt nhánh bằng pullulanase với các loại tinh bột
Tinh
bột
Điều kiện thử nghiệm RS (%) Kết luận Tài liệu
tham khảo
Đậu
Hà
Lan
5% tinh bột đệm, 5 phút
gia nhiệt 40, 200, 1000
npun/g; 0 - 24 giờ, vô
hoạt: cồn; lưu 4o
C/ 1 -
14 ngày
26 Gia nhiệt tiếp 118°C 30
phút→11% SDS & 25% RS
→ bền nhiệt. So với
autoclave 12% RS (tốt nhất
20 upun/g, 6 giờ)
Lu 2018a
Đậu
thận
đỏ
10% tinh bột đệm, 40
U/g 10 giờ; thoái hóa
4o
C, 24 giờ
21,27→31,47
→42,34
C→B, thoái hóa cao hơn
không thoái hóa
Reddy,
2013 [33]
Các
loại
đậu
20% TB đệm, 12 giờ,
thoái hóa 4o
C, 24 giờ
25-28,86 AM 30,37 - 33,25% (pinto,
black, great northern, and
lima)
Simon,
2018 [229]
Đậu
gà đen
10% tinh bột đệm,
40U/g, 10 giờ, thoái
hóa 4o
C, 24 giờ
15,2→16,4→
41,3%
19%-->48,7% AM→67,7%
nếu thêm autoclave
Demirkese
n-Bicak,
2018
Đậu
Hà
Lan
10% tinh bột đệm, 30
U/g 8giờ, ủ 4o
C, 24 giờ
- Mức kết tinh cao hơn Zhou, 2019
Gạo 20% TB đệm, 20 U, 0-
24 giờ, bước nhảy 4
nhiều loại enzyme.
Thoái hóa 4o
C, 24 giờ
1,08→12,16 RS ở 20 và 24 giờ không
khác nhau (20 giờ RS cao
nhất)
Li,2019
[97]
Yến
mạch
1% Tinh bột đêm
40,80,120 U, 2 giờ
27,6→35,5→
42,2→45,5
AM cao ở các mẫu có RS
cao
Li,2017
[164]
Khoai
tây
10% tinh bột đệm, 40
U, 10 giờ; thoái hóa
4o
C, 24 giờ
3,62→24,16 Pullulanase thấp hơn
pullulanase + autoclave
RS→29,35
Reddy,
2015 [230]
Khả năng tăng lượng RS phụ thuộc nhiều vào nguồn gốc thực vật của tinh bột và loại
enzyme. Thông thường PUL nồng độ từ 20-50upun, nhiệt độ tối thích là 55o
C và pH 5.3
bằng đệm natri acetate thường được lựa chọn khi xử lý (Bảng 1.13). Lu (2018a) nghiên
cứu trên tinh bột đậu Hà Lan bằng 20upun xử lý trong 24 giờ cho kết quả RS 26%. Trong
khi Uthumporn (2010) [150] tiến hành trên tinh bột đậu xanh với sự kết hợp -amylase
và glucoamylase trong 24 giờ cũng xác định mức thủy phân thấp, mặc dù %AM giảm.
Kết quả khả quan trên các loại đậu khác nhau cũng được thực hiện như trong nghiên cứu
của Reddy (2013) [33], Simon (2018) [229] hay Zhou (2019) [212]. Nhìn chung, quan
sát số liệu Bảng 1.13 cho thấy các nghiên cứu đều có thời gian thủy phân ngắn. Nghiên
cứu trên tinh bột gạo của Li (2019) [97] cũng khẳng định thời gian ngắn xu hướng tạo
RS nhiều, thời gian dài hơn RS không đổi nhưng SDS tăng nhanh. Các dữ liệu trong](https://image.slidesharecdn.com/nghincusnxuttinhbtkhngtiuhattinhbtuxanhvngdngtrongchbinthcphm-230721165255-10c79ead/75/Nghien-c-u-s-n-xu-t-tinh-b-t-khang-tieu-hoa-t-tinh-b-t-d-u-xanh-va-ng-d-ng-trong-ch-bi-n-th-c-ph-m-60-2048.jpg)
![45
nghiên cứu về cắt nhánh bằng PUL đều thể hiện mối quan hệ giữa hàm lượng RS và AM
và mức độ kết tinh của tinh thể (Bảng 1.13).
• Ưu nhược điểm của phương pháp sản xuất RS sử dụng enzyme
Dùng enzyme cắt nhánh trong xử lý tinh bột được đánh giá là rất hiệu quả trong việc sản
xuất tinh bột giàu RS. Đây là phương pháp an toàn và dễ thực hiện, phù hợp với nhiều
loại nguyên liệu, đặc biệt hữu hiệu với các loại tinh bột ít AM hoặc một số loại đặc biệt
giàu AM. Tuy nhiên, thời gian xử lý kéo dài, chi phí tốn kém là những bất lợi khi so sánh
với các phương pháp khác. Hơn thế nữa, phương pháp dựa trên hoạt động thủy phân nên
hạt tinh bột bị phá vỡ hoàn toàn sẽ kéo theo các tính chất đặc trưng của hạt sẽ thay đổi
đáng kể. Với mục đích làm gia tăng RS, người ta thường kết hợp sử dụng nhiều loại
enzyme trong xử lý hoặc kết hợp biện pháp xử lý nhiệt với enzyme để có được kết quả
đáng quan tâm hơn và thực hiện hiệu quả hơn trên cả những loại tinh bột giàu AM.
Như vậy, phương pháp sử dụng PUL chủ yếu tác động trên phân tử AP để tạo ra các
nhánh thẳng và dễ kết xoắn lại trong quá trình thoái hóa. Các thống kê trên đây thể hiện
khả năng áp dụng phù hợp của loại enzyme này trên đối tượng tinh bột đậu đỗ. Cơ sở của
việc gia tăng RS, sự biến đổi khi sử dụng PUL trên cấu trúc AP của nhóm tinh bột đậu
xanh có đặc điểm gì khác biệt cần được làm rõ.
1.3.4 Giới thiệu các phương pháp kết hợp
1.3.4.1 Cơ sở của các phương pháp kết hợp
Các phương pháp đơn lẻ được đánh giá kém hiệu quả hơn so với phương pháp kết hợp.
Xu hướng chung trong chế biến thực phẩm là giảm thời gian chế biến nhiệt cao, tránh ô
nhiễm môi trường và an toàn trong sử dụng vào thực phẩm. Đây cũng là cơ sở cho việc
kết hợp chủ đạo các phương pháp vật lý và sinh học (Bảng 1.14). Các nghiên cứu về sự
kết hợp tối ưu của các quy trình biến đổi được sử dụng trong việc tạo RS đang được tiến
hành và đáng được nghiên cứu thêm bằng cách sử dụng các công nghệ mới.
Chẳng hạn như sự kết hợp giữa hóa học và vật lý hoặc sinh học trong gia tăng RS trong
nghiên cứu về tinh bột ngô có hàm lượng AM khác nhau. Chúng được biến đổi bằng cách
xử lý axit-etanol, tiếp theo là quá trình tách nhánh bằng enzym và sau đó kết tinh lại thông
qua chu trình thay đổi nhiệt độ [231]. Trong một nghiên cứu khác, tinh bột gạo được xử](https://image.slidesharecdn.com/nghincusnxuttinhbtkhngtiuhattinhbtuxanhvngdngtrongchbinthcphm-230721165255-10c79ead/75/Nghien-c-u-s-n-xu-t-tinh-b-t-khang-tieu-hoa-t-tinh-b-t-d-u-xanh-va-ng-d-ng-trong-ch-bi-n-th-c-ph-m-61-2048.jpg)
![46
lý bằng axit citric kết hợp với xử lý nhiệt ẩm cũng làm tăng hiệu suất tạo RS [40]. Cơ chế
chung cho những kết hợp này là phát huy vai trò của các chất hóa học hữu cơ an toàn và
việc xử lý tác động lên cấu trúc mạch AP của tinh bột để gia tăng RS.
Các biến đổi enzyme kép cũng được sử dụng, điển hình như việc dùng enzyme khử nhánh
và amylosucrase thúc đẩy sự hình thành SDS và RS trong tinh bột khoai lang [41]. Trong
nghiên cứu của Uthumporn (2010) [150] cũng thể hiện sự kết hợp xử lý của 2 loại enzyme
trên tinh bột đậu xanh. Cơ sở của việc sử dụng các loại enzyme kết hợp trong xử lý thường
là tác động trên cả 2 phân tử AM và AP của tinh bột.
Ở các phương pháp vật lý kết hợp với enzyme hoặc ngược lại là phổ biến bởi tính an toàn
và hiệu quả trong tác động. Khi có kết hợp với enzyme phân nhánh AP, các phương pháp
vật lý tiền xử lý hay hậu xử lý hầu hết đều làm phá vỡ hoàn toàn hạt thuận lợi cho gia
tăng phân đoạn, hoặc hỗ trợ trong quá trình kết xoắn của các chuỗi AM ngắn do enzyme
đã phân cắt. Phương pháp kết hợp phổ biến là xử lý tinh bột bằng PUL và hấp áp lực
được thực hiện trên nhiều đối tượng tinh bột khác nhau (Bảng 1.14).
Các trường hợp khác là sự kết hợp của 2 phương pháp vật lý như trong nghiên cứu của
Li (2018) [39] và Mutlu (2017) [216] cũng cho hiệu quả đáng kể (Bảng 1.14). Hai tác giả
sử dụng cùng một phương pháp, hạt tinh bột bị phá vỡ, dịch hóa bằng hấp áp lực, sau đó
sử dụng vi sóng để tăng cường khả năng đóng xoắn kép và bền vững là cơ sở gia tăng RS
của phương pháp kết hợp này.
1.3.4.2 Hiệu quả của các phương pháp kết hợp
Điều kiện biến đổi và hiệu quả gia tăng RS trên các đối tượng và phương pháp kết hợp
khác nhau thể hiện không giống nhau (Bảng 1.14). Các phương pháp kết hợp vật lý và
enzyme thấy rõ hiệu quả với nhóm tinh bột đậu đỗ như enzyme với siêu âm trong nghiên
cứu của Lu (2018b) [35] trên đậu Hà Lan hay enzyme và hấp áp lực trong nghiên cứu của
Reddy (2013) [33] và của Zhou (2019) [212] trên đậu field. Lu (2018b) [35] xử lý đậu
Hà lan bằng PUL 40 upun/g và 100% công suất siêu âm chế độ 1 phút bật, 9 phút tắt liên
tục trong 6 giờ, kết quả cho thấy RS của đậu lăng tăng từ 12% lên 25%. Reddy (2013)
[33] đã sử dụng PUL cắt nhánh tinh bột đậu thận đỏ đã hồ hóa. Mẫu tinh bột ban đầu
chứa 21,3% RS sau đó tiếp tục xử lý bằng hấp áp lực (121o
C trong 30 phút) và thoái hóa](https://image.slidesharecdn.com/nghincusnxuttinhbtkhngtiuhattinhbtuxanhvngdngtrongchbinthcphm-230721165255-10c79ead/75/Nghien-c-u-s-n-xu-t-tinh-b-t-khang-tieu-hoa-t-tinh-b-t-d-u-xanh-va-ng-d-ng-trong-ch-bi-n-th-c-ph-m-62-2048.jpg)
![47
(4o
C, 24 giờ) thấy %RS ở mức cao (42,3%).
Bảng 1.14 Xử lý bằng các phương kết hợp với các loại tinh bột
Tinh
bột
Phương
pháp
Điều kiện thử nghiệm RS (%) Kết luận
Tài liệu
tham
khảo
Field
pea
Hấp áp lực +
PUL
TB/nước:1/5, 15 phút, 85o
C;
121o
C/30 phút, 50o
C, 30
U/g; 46o
C, 8 giờ
Thoái hóa 4o
C, 24 giờ
-
Tăng độ kết
tinh, tăng xoắn
kép 58,87 và
66,04
Zhou, 2019
[212]
Đậu
thận đỏ
PUL + Hấp
áp lực
10 phút hồ, 20 - 40 U/g, 10
giờ; 121o
C/30 phút. Thoái
hóa 4o
C, 24 giờ
42,34
Hạt vỡ, AM
cao
Reddy,
2013 [33]
Đậu
xanh
-amylase +
glucoamylase
35o
C, 24 giờ AM giảm Mức thủy phân
thấp
Uthumporn
,2010 [150]
Đậu Hà
Lan
PUL - siêu âm
đồng thời
40upun + 100% công suất
1phút tắt nghỉ 9 phút, 6 giờ.
Thoái hóa 14 ngày
12-25 Kết tinh cao,
SDS và RS
cao, ổn định
nhiệt
Lu, 2018b
[35]
Đậu Hà
lan vàng
PUL + siêu
âm
10 phút hồ 80o
C; 40 npun/g
6 giờ; kết hợp
siêu âm 1 phút mỗi 9 phút
Thoái hóa 4o
C, 24 giờ
32,9 Lu,2018b
[35]
Đậu gà
đen
PUL+ Hấp áp
lực
10% tinh bột đệm, 40 U, 10
giờ, 121o
C; 30 phút.
Thoái hóa 4o
C, 24 giờ
15,2%→
41,3
Pullulanase+A
utoclave cao
hơn dùng
Pullulanase
Demirkese
n-Bicak,
2018 [154]
Hạt dẻ Hấp áp lực +
PUL
15 phút hồ 80o
C; 121o
C; 15
phút; 9 npun/g 5 giờ
64,6 Gu, 2018
[42]
Bắp
Hấp áp lực -
Microwave
1:7 tinh bột nước; 121o
C 30
phút; 12 w/g. 100% công
suất. 40
C 8 ngày
30,15 - 40,7
Vi sóng thúc
đẩy hình thành
xoắn kép
Li, 2018
[39]
Kiều
mạch
HHP + PUL 600 MPa, 9 phút, 1 U/g,
60o
C, 16 giờ
4,33 Górecki,
2018 [180]
Gạo AM
cao
Acid citric +
nhiệt ẩm
Citric 0,2M; 30% ẩm,
110o
C, 8 giờ
39 Hung, 2016
[40]
Ngô AM
cao
Hấp áp lực +
Microwave
Hồ 10 phút, 121o
C; 30 phút,
vi sóng 3 lần, 160 w, 2 phút.
Thoái hóa 4o
C, 24 giờ
Tăng 43,4
Kết hợp
phương pháp
cho RS cao
hơn
Mutlu,
2017 [216]
Hạt kê Hấp áp lực +
siêu âm
700 w, 30 - 120 giây, 10-
30% ẩm
Khoai
lang
Hấp áp lực +
PUL
121o
C; 30 phút, 2%
pullulanase/ 1 giờ, thoái hóa
4o
C, 32o
C, 60o
C
13,52→28,
76→18,71
→ 24,14%
RS
RS ở 4o
C cao
nhất.
Cấu trúc kết
tinh C→ B+V
Babu, 2016
2018 [232]
Hàm lượng AM cũng tăng từ 25,3% lên 67,7%, sự tăng này thực tế là do các enzyme cắt
nhánh gây ra. Tăng RS trong việc xử lý bằng nồi hấp được giải thích là do tinh bột bị hồ
hóa trở lại, sẽ cho phép các chuỗi AM tổ chức lại tốt hơn trong quá trình thoái hóa, do đó
mà tạo thành RS3 nhiều hơn. Trong nghiên cứu của Lu (2018b) [35] kết quả của việc sử](https://image.slidesharecdn.com/nghincusnxuttinhbtkhngtiuhattinhbtuxanhvngdngtrongchbinthcphm-230721165255-10c79ead/75/Nghien-c-u-s-n-xu-t-tinh-b-t-khang-tieu-hoa-t-tinh-b-t-d-u-xanh-va-ng-d-ng-trong-ch-bi-n-th-c-ph-m-63-2048.jpg)
![48
dụng PUL có làm nóng bột trước ở 80o
C trong 10 phút, cho RS đậu lăng tăng từ 17,3%
lên 47,7% trong khi mẫu đã được cắt nhánh đơn lẻ trong 10 giờ có %RS chỉ đạt mức
31,5% (Bảng 1.14). Không xác định lượng RS trong nghiên cứu nhưng Zhou (2019) [212]
cũng thực hiện kết hợp autoclave và PUL trên đậu field cũng thể hiện kết quả làm tăng
liên kết xoắn kép của các phân tử chuỗi mạch thẳng. Tính chất này rất quan trọng trong
việc hình thành RS3.
Một số nghiên cứu đã sử dụng biến đổi kép để cải thiện sự hình thành của SDS và RS.
Zhou (2014) [233] đã báo cáo rằng khi kết hợp vật lý và enzyme làm tăng hiệu quả hàm
lượng RS vì sửa đổi cấu trúc cho phép chúng có khả năng kháng tiêu hóa mạnh (Bảng
1.14). Số liệu thu thập trong Bảng 1.14 cho thấy phương pháp kết hợp nhiều nhất là dùng
PUL và hấp áp lực. Điển hình trên nghiên cứu của Ma (2018) [107] trên đậu Hà Lan, tác
giả đánh giá nhiều biện pháp riêng lẻ của hấp áp lực, PUL, enzyme thủy phân liên kết 1-
4 glycosidic và 1-6 glycosidic. Kết quả cho độ kết tinh tăng lên theo thứ tự từ riêng lẻ
đến kết hợp 2 hay nhiều phương pháp. Trong khi hấp áp lực kết hợp với PUL được đánh
giá có hàm lượng RS tăng cao hơn (từ 15,2% → 41,3%) khi so với chỉ sử dụng PUL
(16,4%). Hoặc với tinh bột bắp (loại giàu AM như đậu đỗ) của Li (2018) [39] khi so sánh
dùng hấp áp lực và biện pháp kết hợp hấp áp lực với vi sóng cho thấy hàm lượng RS tăng
đáng kể từ 30,15 - 40,7%. Các tác giả đều kết luận rằng vi sóng thúc đẩy hình thành xoắn
kép trong tinh bột kháng.
Trong các nghiên cứu được liệt kê ở Bảng 1.12, Bảng 1.13 và Bảng 1.14, hầu hết các
nghiên cứu đều thực hiện các biện pháp thoái hóa sau biến đổi. Đây là bước quan trọng
trong việc tạo kết tinh bền chặt dẫn đến sự gia tăng hơn nữa hàm lượng RS. Các nghiên
cứu đều chỉ ra nhiệt độ thấp cho kết quả gia tăng RS cao hơn.
Như vậy, các phương pháp chủ yếu để là giàu RS đối với nhóm đậu đỗ (loại nguyên liệu
giàu AM) hiện nay là chế biến nhiệt ẩm và sử dụng enzyme hoặc xử lý kết hợp. Xét về
hiệu quả làm giàu RS, các nghiên cứu khẳng định enzyme cắt nhánh AP bằng PUL là phù
hợp với tinh bột đậu đỗ. Song sự kết hợp với phương pháp vật lý nhằm sửa đổi cấu trúc
của AM và AP, tăng khả năng tạo xoắn có thể làm tăng hơn nữa lượng RS. Phương pháp
gia nhiệt tinh bột ẩm bằng vi sóng có lợi thế trong thời gian xử lý, dễ thực hiện cũng cần
được nghiên cứu thêm. Sự kết hợp nhằm tạo ra RS an toàn cho người tiêu dùng, nhanh,](https://image.slidesharecdn.com/nghincusnxuttinhbtkhngtiuhattinhbtuxanhvngdngtrongchbinthcphm-230721165255-10c79ead/75/Nghien-c-u-s-n-xu-t-tinh-b-t-khang-tieu-hoa-t-tinh-b-t-d-u-xanh-va-ng-d-ng-trong-ch-bi-n-th-c-ph-m-64-2048.jpg)
![49
hiệu quả và có nhiều thuộc tính chức năng và giá trị gia tăng mới là một quá trình đang
được tìm kiếm.
1.3.5 Quá trình thoái hóa hồ tinh bột và mối liên hệ với hàm lượng tinh bột kháng
Thoái hóa hồ tinh bột trong làm giàu là một quá trình mà trong đó các chuỗi AM và AP
đã bị phân tách trong hồ tinh bột bị keo hóa, liên kết lại với nhau. Thoái hóa hồ tinh bột
trải qua 3 giai đoạn: (1) tạo mầm (sự hình thành các hạt nhân), (2) sự lan truyền (sự tăng
trưởng của các tinh thể xung quanh hạt nhân), và (3) trưởng thành (sự hoàn hảo về tinh
thể hoặc tiếp tục tăng trưởng vùng kết tinh chậm). Thoái hóa hồ tinh bột sẽ bắt đầu bằng
quá trình tái kết tinh nhanh chóng của các phân tử AM (sự thoái hóa ngắn hạn không thể
đảo ngược- khoảng 24 giờ) sau đó là sự sắp xếp lại chậm hơn của các phân tử AP (sự
thoái hóa dài hạn- khoảng 48-72 giờ). Sự thoái hóa AP thường đòi hỏi nồng độ tinh bột
cao, với các tinh thể được hình thành bởi các nhánh có chiều dài trung bình (DP15)
[234]. Mô hình sơ đồ của mạng lưới AM/AP thoái hóa được thể hiện trong Hình 1.16 và
Hình 1.17.
Cuộn xoắn ngẫu nhiên Xoắn theo khu vực (xoắn kép) Kết tinh
Hình 1.16 Biểu đồ thoái hóa của phân tử AM [130].
Hình 1.5 Mô hình một phần của mạng AM (a) và mạng AP (b) thoái hóa
Các thanh màu xám tương ứng với xoắn kép [237].
Người ta quan sát được rằng sau khi hồ hóa, cấu trúc kết tinh bị mất đi, nhưng khi thoái
hóa xu hướng giảm về sự mất mát cấu trúc kết tinh và gia tăng lượng xoắn kép, phản ánh
sự phát triển của cấu trúc cứng trong mẫu tinh bột [235]. Sự hình thành của tinh thể trong](https://image.slidesharecdn.com/nghincusnxuttinhbtkhngtiuhattinhbtuxanhvngdngtrongchbinthcphm-230721165255-10c79ead/75/Nghien-c-u-s-n-xu-t-tinh-b-t-khang-tieu-hoa-t-tinh-b-t-d-u-xanh-va-ng-d-ng-trong-ch-bi-n-th-c-ph-m-65-2048.jpg)
![50
thoái hóa hồ tinh bột phản ánh sự tái tổ chức phân tử và sự hình thành cấu trúc bán kết
tinh không đồng nhất [236]. Các nghiên cứu gần đây đã chỉ ra rằng sự thoái hóa của hồ
tinh bột chủ yếu chịu sự chi phối của hàm lượng AM, sự tương tác giữa AP với AM và
tính di động của chúng, cũng như độ dài của các chuỗi trong tinh bột. Các chuỗi quá dài
hoặc quá ngắn trong hồ tinh bột khi thoái hóa không có lợi cho sự hình thành cho RS3.
Mức độ trùng hợp tốt nhất nằm trong khoảng từ 14 đến 24 đvG [167]. Leeman (2006)
[238] và Leloup (1992) [239] đều đã chứng minh AM đóng góp lớn hơn so với AP khi
hồ tinh bột thoái hóa đến sự hình thành tinh bột kháng. Gel AM được thoái hóa thể hiện
cấu trúc vi mô chứa các sợi có chiều rộng 2 - 10nm là kết quả của sự liên kết các phân
đoạn chuỗi AM với DP trong khoảng DP từ 26-73 ĐvG.
Các yếu tố chính quyết định tổng thể đến mô hình thoái hóa hồ tinh bột và có khả năng
ảnh hưởng đến sự hình thành RS3 bao gồm độ ẩm, nhiệt độ và thời gian lưu trữ. Dựa trên
các báo cáo trước đây, các mẫu hồ tinh bột có độ ẩm 43% thể hiện xu hướng kết tinh loại
B, trong khi độ ẩm 29% thường dẫn đến tinh thể loại A và mẫu có độ ẩm 29%- 40% hiển
thị loại C khi thoái hóa [240], [168]. Ngoài ra, nước còn đóng vai trò là chất làm dẻo tinh
bột. Bằng cách giảm nhiệt độ chuyển pha (Tg), sự hiện diện của nước cho phép các chuỗi
tinh bột kết tinh lại ở nhiệt độ thấp hơn. Việc lưu trữ mẫu tinh bột ở nhiệt độ trên nhiệt
độ chuyển pha sẽ làm các chuỗi tinh bột tăng tính di động, có khả năng góp phần vào việc
hình thành các thành phần kháng enzyme [236].
Kiểu kết tinh của RS3 thường phụ thuộc nhiều vào nhiệt độ của quá trình thoái hóa hồ
tinh bột [78]. Các nghiên cứu trước đã chứng minh rằng bất kể kiểu kết tinh của tinh bột
ban đầu như thế nào thì sự thoái hóa hồ tinh bột ở nhiệt độ thấp có xu hướng dẫn đến sự
hình thành các tinh thể loại B (dạng tinh thể tạo nhiều RS3) và cấu trúc dạng phiến
(lamellar) được sắp xếp theo chu kỳ dài. Ngược lại, ở nhiệt độ cao sẽ thuận lợi cho sự
hình thành RS với cả 2 loại A và B (dạng C) mà không có chu kỳ xác định [168]. Tốc độ
tăng trưởng kết tinh phụ thuộc vào nhiệt độ theo cách tương tự như tốc độ lan truyền.
Kết tinh, bước giới hạn tốc độ trong quá trình thoái hóa, là một quá trình tăng trưởng
được kiểm soát bởi hạt nhân. Ưu điểm của việc lưu trữ nhiệt độ thấp (thấp hơn nhiệt độ
chuyển pha - Tg) là tốc độ tạo mầm tăng theo cấp số nhân. Mặt khác, sự tăng trưởng mức
độ kết tinh (tức là sự lan truyền) được ưa chuộng ở nhiệt độ dưới nhiệt độ nóng chảy](https://image.slidesharecdn.com/nghincusnxuttinhbtkhngtiuhattinhbtuxanhvngdngtrongchbinthcphm-230721165255-10c79ead/75/Nghien-c-u-s-n-xu-t-tinh-b-t-khang-tieu-hoa-t-tinh-b-t-d-u-xanh-va-ng-d-ng-trong-ch-bi-n-th-c-ph-m-66-2048.jpg)
![51
(Tm) và tốc độ lan truyền tăng theo cấp số nhân với sự gia tăng nhiệt độ lên đến Tm
[234]. Trong một số nghiên cứu, tiền xử lý tinh bột được lưu trữ theo chu kỳ nhiệt độ (ở
các nhiệt độ khác nhau giữa quá trình tạo mầm và lan truyền) thay vì duy trì chế độ đẳng
nhiệt. Việc xử lý theo chu kỳ nhằm tạo điều kiện thuận lợi cho quá trình tạo mầm và lan
truyền tinh thể bằng cách tăng tốc độ tái kết tinh của các chuỗi thẳng ngắn bị rối loạn. Từ
đó thúc đẩy sự hình thành chuỗi xoắn kép có trật tự và sự phát triển của tinh thể dẫn đến
sự hoàn thiện của tinh thể (RS3) [133].
Như vậy, hoạt động thoái hóa hồ tinh bột có ảnh hưởng lớn đến khả năng hình thành RS3,
các yếu tố cần kiểm soát là nhiệt độ, thời gian thoái hóa ứng với từng phương pháp biến
đổi tinh bột và nguồn nguyên liệu.
Sử dụng tinh bột kháng vào sản phẩm thực phẩm
1.4.1 Giới thiệu chung về các ứng dụng của tinh bột kháng vào thực phẩm
Khả năng kháng tiêu hóa, chậm phân giải và tính chất chức năng đặc biệt của RS cho
thấy tầm quan trọng của việc sản xuất loại thực phẩm có carbohydrate với chỉ số đường
huyết thấp hoặc sản phẩm bổ sung chất xơ. Ngoài các tác dụng sinh lý của RS như một
chất xơ ăn kiêng đã được đề cập trên đây, RS còn thể hiện các tính chất chức năng vốn
có với bản chất tinh bột. Đặc tính độc đáo của RS được liệt kê là tự nhiên, không mùi vị,
màu trắng trung tính, kích thước hạt nhỏ, tính chất hóa lý như nhiệt độ hồ hóa cao, độ
nhớt cao ở gel thoái hóa, khả năng giữ nước cao, tạo gel tốt, chỉ số trương nở thấp. Các
tính chất này không có ở các chất xơ thông thường là lợi thế làm cho RS hữu ích trong
rất nhiều sản phẩm thực phẩm. RS2 và RS3 tạo thành các sản phẩm bánh thể tích lớn,
giàu chất xơ, chất lượng với ngoại hình đẹp, kết cấu và cảm giác miệng được cải thiện.
Kết quả của những đặc tính này làm RS được sử dụng để thay thế bột mà không ảnh
hưởng đến quá trình lưu biến bột.
RS không chỉ thay thế chất xơ không hòa tan thông thường chẳng hạn như cám và gum
mà còn thể hiện một số đặc điểm khác biệt nhất định không thể đạt được trong thực phẩm
giàu chất xơ [124], [78]. Sử dụng chất xơ thông thường, cấu trúc sản phẩm thường thô
hơn, đậm đặc hơn, đổi vị và đôi khi ít ngon miệng hơn so với việc sử dụng RS. Điều này
làm tăng đáng kể khả năng chấp nhận của người tiêu dùng về những thực phẩm bổ sung](https://image.slidesharecdn.com/nghincusnxuttinhbtkhngtiuhattinhbtuxanhvngdngtrongchbinthcphm-230721165255-10c79ead/75/Nghien-c-u-s-n-xu-t-tinh-b-t-khang-tieu-hoa-t-tinh-b-t-d-u-xanh-va-ng-d-ng-trong-ch-bi-n-th-c-ph-m-67-2048.jpg)
![52
RS khi họ muốn tăng lượng chất xơ trong chế độ ăn uống của họ [18]. Nhiều mặt hàng
RS cũng có sẵn trên thị trường được giới thiệu có khả năng ứng dụng vào thực phẩm một
cách dễ dàng để cải thiện một số tính chất chức năng [241] hay như một phụ gia thực
phẩm [147] hoặc vì một lợi ích sinh hóa nào đó (Bảng 1.15).
Bảng 1.15 Lợi ích của RS trong các sản phẩm RS thương mại
Sản
phẩm
Loại RS
Nhà sản
xuất
Lợi ích đặc tính kỹ
thuật
Lợi ích sinh hóa và/hoặc sức
khỏe
%RS
Hi-
Maize
™
RS2 (ngô
AM cao)
National
Starch &
Chemical
Co.
Không hydrat hóa. hồ
hóa hoàn toàn < 150o
C.
Tăng giữ ẩm, cải thiện
cấu trúc sau đùn. Tạo
màng ngăn hấp thu chất
béo với thức ăn nhanh)
Như prebiotics, pH bề mặt
thấp, tăng lượng SCFA (nhiều
butylrate), nhuận tràng nhẹ,
tăng hệ vi sinh vật đường ruột
có lợi
42
Eurylon
®
RS2
(ngô AM
cao)
Roquette
Phản ứng đường huyết giảm
khi thay thế cho bột, các loại
carbohydrat có tiêu hóa nhanh
khác.
Novelo
se ®
240,
260,330
RS2, RS2,
RS3 (ngô
AM cao)
National
Starch &
Chemical
Co.
Cải thiện mùi vị và cấu
trúc.
42,
60,
30
C
ActiSta
r
RS3
(maltodex-
trins củ
năng thoái
hóa)
Cerestar
Trắng, mùi vị nhạt,
không hút ẩm, không hồ
hóa hay tạo khối. Giữ
nước thấp, độ nhớt rất
thấp. Không tạo cảm
giác sạn trong miệng.
Ổn định đến 110o
C.
58
Neo-
amylos
e
RS3
Protos-
Biotech
(Celanese
Ventures
GmbH)
Là một loại phụ gia, chất
hoạt động trong chăm
sóc sức khỏe, thực phẩm
và công nghiệp mỹ
phẩm
Prebiotics, bảo vệ chống lại
bệnh viêm ruột, ung thư đại
tràng, kiểm soát đường huyết
ở bệnh nhân béo phì.
87
hoặc
95
CrystaL
ean®
RS3
(maltodext
rins từ ngô
AM cao
thoái hóa)
Opta®
Food
Ingredients
Prebiotic, tăng lượng
butylrate, tế bào tăng sinh
đoạn trước ruột già, xơ hòa
tan, chỉ số đường huyết thấp.
41
Các sản phẩm thương mại chủ yếu là loại RS2 và RS3 biến đổi từ tinh bột ngô giàu AM
(Bảng 1.15). Một số nghiên cứu ứng dụng cụ thể trên loại RS4 biến đổi trên nguyên liệu
khác cũng đã được nghiên cứu. Chẳng hạn RS4 thủy phân axit và tạo liên kết ngang từ
tinh bột gạo nếp [242] hay RS3-DBS từ tinh bột khoai tây [243] có thể được ứng dụng
rộng rãi để phát triển một loại nước giải khát giàu chất xơ. RS3-DBS có tính kỵ nước nên
có thể nhanh chóng tạo thành một mạng gel trong môi trường nước. Do vậy, chúng được
khuyến cáo thay thế cho đường trong trường hợp cần giảm sự hấp thụ nước, tăng sự](https://image.slidesharecdn.com/nghincusnxuttinhbtkhngtiuhattinhbtuxanhvngdngtrongchbinthcphm-230721165255-10c79ead/75/Nghien-c-u-s-n-xu-t-tinh-b-t-khang-tieu-hoa-t-tinh-b-t-d-u-xanh-va-ng-d-ng-trong-ch-bi-n-th-c-ph-m-68-2048.jpg)
![53
nguyên vẹn trong tô (Bowl life) và thêm độ bóng cho các loại ngũ cốc ăn liền đồng thời
bổ sung chất xơ ăn kiêng [156]. RS3 hoạt động như một chất điều chỉnh kết cấu được
thêm vào bánh mỳ tạo ra độ giòn cho vỏ và độ mềm cho ruột bánh [244]. RS3 từ chuối
cải thiện hiệu quả khả năng tạo nhũ của nhũ tương và làm chậm quá trình oxy hóa lipid
trong các sản phẩm thực phẩm [245], [246].
1.4.2 Khả năng ứng dụng của tinh bột kháng từ đậu đỗ
Các kết quả thể hiện thống kê trên Bảng 1.15 hầu hết dựa trên việc sử dụng các loại RS2,
RS3 từ tinh bột ngô giàu AM, một số ít từ tinh bột khác như chuối, bắp hoặc lúa mì và
gần như không có nhiều ứng dụng từ việc dùng RS từ nhóm tinh bột đậu đỗ. Điều này có
thể là do nhóm nguyên liệu này có giá thành cao hơn so với những loại nguyên liệu khác.
Tuy nhiên với những đặc tính khác biệt, các loại tinh bột đậu đỗ cần những nghiên cứu
sâu hơn để minh chứng cho khả năng cải thiện chất lượng trong các sản phẩm thực phẩm.
Trong nỗ lực phát triển các sản phẩm không chứa gluten, tinh bột họ đậu được chú ý do
các tính chất chức năng của chúng. Chẳng hạn như độ hòa tan và khả năng liên kết với
nước đóng vai trò quan trọng trong công thức chế biến các sản phẩm thực phẩm không
chứa gluten. Khả năng cải thiện tính chất thường được đề cập trong các sản phẩm bánh
mì và mì ống không chứa gluten thương mại, cung cấp carbohydrate phức tạp, từ đó có
tác động tích cực đến sức khỏe con người [247]. Tinh bột đậu Hà lan được xử lý thoái
hóa khi hấp áp lực và làm lạnh với 3 chu kỳ (121o
C/1 giờ, làm lạnh 4o
C/12 giờ), bổ sung
vào công thức sản xuất bánh mì có thể thay thế một phần bột mì. Hàm lượng thay thế
20% tinh bột giàu RS mà không ảnh hưởng đến tính chất của bột nhào, RS tăng (từ 0,7%
lên 5,1%) đồng thời tính chất cảm quan cũng không có khác biệt đáng kể với mẫu đối
chứng [248]. Sankhon (2013) [249] cũng cho thấy RS từ bột đậu carob có thể thay thế
15% bột mì trong bánh mì không gluten mà không tạo ra sự khác biệt trong tính chất cảm
quan. Hàm lượng RS trong bánh mì thành phẩm cũng tăng từ 1,5% (mẫu đối chứng) lên
19,8%. Padalino (2014) [250] thay thế 15% bột đậu Hà Lan giàu RS trong speghetti làm
tăng hàm lượng chất xơ và tinh bột kháng mà cấu trúc đạt tương tự như mẫu đối chứng
và chúng được coi như một thành phần thực phẩm chức năng. Nghiên cứu của Sharma
(2016) [12] sử dụng tinh bột kháng từ đậu thận biến đổi bằng ép đùn dùng từ 10 - 20%
thay thế bột mỳ trong bánh quy, muffin và mỳ sợi. Kết quả nghiên cứu cho thấy có sự cải](https://image.slidesharecdn.com/nghincusnxuttinhbtkhngtiuhattinhbtuxanhvngdngtrongchbinthcphm-230721165255-10c79ead/75/Nghien-c-u-s-n-xu-t-tinh-b-t-khang-tieu-hoa-t-tinh-b-t-d-u-xanh-va-ng-d-ng-trong-ch-bi-n-th-c-ph-m-69-2048.jpg)
![54
thiện về thể tích, kết cấu của bánh, đồng thời cải thiện độ dai, độ vững chắc của sợi mỳ
khi nấu.
So với miến từ tinh bột khoai lang, loại dùng tinh bột đậu xanh mịn hơn và sáng hơn, khó
bám răng và gãy hơn, không gây ô nhiễm và tiết kiệm năng lượng hơn theo Zhao (2017).
Các đặc điểm về RS được tạo ra từ đậu xanh như với hàm lượng AM cao, loại C điển
hình, độ nhớt thoái hóa cao, độ ổn định cao và hạn chế trương nở sẽ tạo ra sản phẩm bún,
miến có nhiều đặc tính tốt. Chẳng hạn như tác động đến chất lượng ăn uống với loại miến,
tổn thất chất khô ít, độ đàn hồi, độ bóng cao và khả năng phục hồi lớn [251]. Cookies
mềm bổ sung RS đậu xanh được xử lý bằng PUL và thoái hóa có lợi thế về hàm lượng
RS cao hơn và khả năng giữ nước lớn hơn nhưng có nhiều nhược điểm ở giá trị cảm quan
[252]. Wang (2014) [252] cũng đã cho thấy mẫu cookies chứa 25% RS-HMT từ tinh bột
đậu xanh có khả năng giữ nước xấp xỉ với mẫu chứa chất xơ từ lúa mì nhưng vượt trội
hơn về đánh giá cảm quan. Hơn nữa, độ cứng – một trong các chỉ số đánh giá chính trong
phân tích kết cấu đã chỉ ra rằng loại cookie này có thể được chấp nhận bởi phần lớn người
tiêu dùng nếu sản phẩm bổ sung RS. Khi đó giá trị độ cứng sẽ dao động từ 450 g đến 630
g được minh chứng là mang lại sự đồng điệu hơn giữa nhận dạng định lượng khách quan
và đánh giá cảm giác chủ quan.
Các nghiên cứu trên cho thấy RS từ tinh bột đậu đỗ nói chung và đậu xanh nói riêng có
nhiều tính chất chức năng có thể thay thế một phần lượng tinh bột hoặc thay thế gluten
trong các sản phẩm thực phẩm. RS có thể giúp cải thiện một số đặc điểm kỹ thuật, dễ
được người tiêu dùng chấp nhận, đồng thời làm tăng hàm lượng chất xơ có lợi cho sức
khỏe. Cần có nhiều hơn các nghiên cứu ứng dụng trên RS đậu xanh để có thể tìm thấy
tính chất chức năng của RS.
1.5. Nhận định từ tổng quan, mục tiêu và nhiệm vụ của đề tài
Trên cơ sở những tìm hiểu trên đây, có thể nhận thấy nguyên liệu đậu xanh có là loại giàu
tinh bột, ít chất béo, protein chủ yếu là globulin có thể loại bỏ dễ dàng khi thu nhận tinh
bột. Về cấu trúc phân tử tinh bột đậu xanh có hàm lượng amylose cao, phân bố độ dài
nhánh trung bình của amylopectin phù hợp nếu dùng phương pháp cắt bởi enzyme và gia
nhiệt ẩm bằng vi sóng để gia tăng RS. So với các nguyên liệu khác, tinh bột đậu xanh có
thể có hàm lượng RS khá cao khi thực hiện các biện pháp biến đổi. Hơn thế nữa Việt](https://image.slidesharecdn.com/nghincusnxuttinhbtkhngtiuhattinhbtuxanhvngdngtrongchbinthcphm-230721165255-10c79ead/75/Nghien-c-u-s-n-xu-t-tinh-b-t-khang-tieu-hoa-t-tinh-b-t-d-u-xanh-va-ng-d-ng-trong-ch-bi-n-th-c-ph-m-70-2048.jpg)
![59
STT Tên dụng cụ, thiết bị Nhãn hiệu Xuất xứ
27 Sắc ký trao đổi ion hiệu
năng cao đầu dò xung điện
(HPAEC-PAD)
Dionex ICS 3000. Dionex Corporation Hoa Kỳ
28 Kính hiển vi điện tử quét JEOL JSM-6480LV, Jed LTD, Tokyo Nhật Bản
29 Máy phân tích phân bố
kích thước hạt nhiễu xạ
laze (LDS)
Specifica LA-950, Horiba Nhật Bản
30 Máy cô quay chân không RV 10 Auto Pro V-C – 10004812 – IKA Anh
31
Lò vi sóng
Pananasonic, Inverter/5190170044/ NN-
FF5509W
Nhật Bản
32 Lò nướng sàn 3 tầng Sinmag SM2-523 Đài Loan
33 Máy cán Sinmag SM520E Đài Loan
34 Máy đánh trứng Sinmag SM5L Đài Loan
35 Máy phân tích cấu trúc CT3.4500 Brookfield Ametek Hoa Kỳ
Một số thiết bị và dụng cụ thủy tinh, nhựa cần thiết khác như: nhiệt kế, pH, brix kế, becher,
erlen, phễu thủy tinh, ống đong, pipette, micropipette, bình đựng mức, ống nghiệm, ống ly tâm,
đũa thủy tinh, bình hút ẩm, chén nung, bình thạch anh có nắp 120ml, đường kính 5 cm.
Phương pháp nghiên cứu
2.2.1 Sơ đồ nội dung nghiên cứu
Sơ đồ nội dung nghiên cứu được trình bày trong Hình 2.1.
Thuyết minh sơ đồ: dựa trên 3 mục tiêu của đề tài, nội dung nghiên cứu được thiết lập
theo thứ tự các bước dưới dạng sơ đồ Hình 2.1. Mục tiêu 1 là chọn lựa được loại đậu xanh
thích hợp để sản xuất tinh bột kháng ứng với 2 nội dung tiến hành tương ứng 2 bước đầu
trong sơ đồ Hình 2.1. Bước 1 là lựa chọn hạt đậu xanh. Ở bước này 8 giống đậu được
trồng phổ biến ở khu vực miền Bắc và miền Nam được chọn lọc để đánh giá thành phần
hóa học, cấu trúc và tính chất lý-hóa của tinh bột. Tiêu chuẩn là lựa chọn giống đậu xanh
có hàm lượng tinh bột tổng (hiệu suất thu nhận tinh bôt) và %AM cao, có % phân bố
nhánh AP đủ dài (B1, B2) để thuận tiện cho việc thu nhận và biến đổi bằng phương pháp
gia nhiệt ẩm đối với AM và cắt nhánh bằng enzyme đối với AP [53], [85]. Thêm vào đó
các tính chất lý-hóa của tinh bột lựa chọn cũng được phân tích để đánh giá sự phù hợp
với mục đích ứng dụng vào sản phẩm bánh khô có chỉ số GI thấp. Do độ tinh khiết, thành
phần và cấu trúc phân tử của tinh bột bị ảnh hưởng bởi phương pháp và các chất hỗ trợ
làm sạch nên bước 2 sẽ xác định những tác động này [59], [108], [105]. Giống đậu xanh](https://image.slidesharecdn.com/nghincusnxuttinhbtkhngtiuhattinhbtuxanhvngdngtrongchbinthcphm-230721165255-10c79ead/75/Nghien-c-u-s-n-xu-t-tinh-b-t-khang-tieu-hoa-t-tinh-b-t-d-u-xanh-va-ng-d-ng-trong-ch-bi-n-th-c-ph-m-75-2048.jpg)
![60
được lựa chọn ở bước 1 sẽ được tách tinh bột bằng phương pháp nghiền ướt để chúng có
độ tinh sạch cao hơn so với phương pháp nghiền khô [59], [108], [103], [37]. Mức độ
tinh sạch cao là chỉ số quan trọng trong việc đánh giá chính xác tác động của sự biến đổi
tinh bột ở mục tiêu tiếp theo. Các chất hỗ trợ làm sạch với nồng độ tương ứng được sử
dụng để so sánh trong nghiên cứu này dựa trên các nghiên cứu phổ biến trước đây [105],
[73], [259], [282]. Mục đích của thí nghiệm này là chọn được chất hỗ trợ làm sạch có thể
cho tinh bột có độ tinh khiết cao và hình thái, cấu trúc phân tử không thay đổi so với mẫu
trắng (chỉ dùng nước cất). Để thực hiện nội dung tiếp theo của đề tài này, tinh bột được
thu nhận theo phương pháp ướt có chất hỗ trợ được tìm ra ở bước 2.
Microwave
25 - 65 W/g, 10 - 30% ẩm, 1 - 5 phút)
Enzyme
(20 - 40 U/g, 1/10 – 1/30, 8 - 24 giờ
Enzyme-microwave
Lựa chọn loại đậu xanh
Xác định phương pháp
tách tinh bột
Nghiên cứu biến đổi
Nghiên cứu thoái hóa
Ứng dụng trong CNTP
Nước cất
Na2SO3 0,2% NaOH
0,1% NaHSO3 0,15%
- Mẫu microwave
- Mẫu enzyme
- Mẫu enzyme-microwave
(+28o
C, +4o
C, -18o
C, 24 giờ)
Cookie không gluten, chỉ số
đường huyết thấp
- Độ cứng, độ nở rộng
- FISEM cấu trúc
- Invitro, invivo
- Đặc tính cảm quan
- TPHH, VSV, KL nặng
- Invitro, invivo
- FTIR, Xray, NMRsolid, SEM
- RS, AM, DPn, CLn
- SEM, Xray
- TPHH TB, HS, màu
- AM, RS, SEM, Xray
- TPHH hạt, hiệu suất tách tinh bột
-TPHH TB tách bằng nước
- RS, AM, SEM, Xray tinh bột
Chọn hiệu suất, AM, độ tinh khiết cao
Chọn độ tinh khiết, màu cao, AM, RS,
SEM, Xray không đổi
Chọn RS cao, giải thích cơ sở
Chọn RS cao, giải thích cơ sở
Tốt nhất so với đối chứng và mẫu so sánh
8 giống đậu xanh
Hình 2.1 Sơ đồ nội dung nghiên cứu](https://image.slidesharecdn.com/nghincusnxuttinhbtkhngtiuhattinhbtuxanhvngdngtrongchbinthcphm-230721165255-10c79ead/75/Nghien-c-u-s-n-xu-t-tinh-b-t-khang-tieu-hoa-t-tinh-b-t-d-u-xanh-va-ng-d-ng-trong-ch-bi-n-th-c-ph-m-76-2048.jpg)
![61
Mục tiêu 2 là phát triển được phương pháp làm giàu RS thể hiện qua 2 bước tiếp theo
trong sơ đồ Hình 2.1. Bước 3 được bố trí để tìm kiếm các thông số kỹ thuật biến đổi tinh
bột bằng các phương pháp đơn lẻ và kết hợp giữa xử lý ẩm nhiệt bằng vi sóng và cắt
nhánh bằng pullulanase. Cơ sở của việc chọn lựa 2 phương pháp này là nhằm tạo ra nhiều
tinh bột kháng an toàn cho việc sử dụng vào thực phẩm đồng thời rút ngắn thời gian và
tăng hiệu quả trong quá trình làm giàu [186], [107], [222]. Phương pháp xử lý ẩm nhiệt
bằng vi sóng có lợi thế về thời gian, tác động chủ yếu lên phân tử AM, cắt mạch tạo
những đoạn ngắn, thay đổi trật tự phân tử, hồ hóa một phần và dễ tạo xoắn trong quá trình
thoái hóa [212], [38], [193]. Phương pháp enzyme dựa trên việc cắt nhánh trên phân tử
AP bằng pullulanase của tinh bột đã hồ hóa hoàn toàn tạo nhiều nhất lượng mạch thẳng,
thuận lợi cho việc tạo xoắn, kết tinh ở giai đoạn thoái hóa [210], [35], [296]. Trong việc
kết hợp các phương pháp, xử lý bằng enzyme được thực hiện trước vì hoạt động thủy
phân AP cần lượng nước lớn trong khi nếu dùng xử lý bằng vi sóng thì cần lượng nước
nhỏ hơn. Hơn thế nữa, do vi sóng tác động chủ yếu trên AM và còn có tác động tạo xoắn
với các mạch thẳng, ngắn (được tạo ra từ quá trình xử lý) khi tinh bột bị bốc hơi nước
nên thực hiện sau sẽ phù hợp và có thể làm tăng hiệu quả tốt hơn khi làm giàu. Các yếu
tố ảnh hưởng mạnh trong xử lý ẩm nhiệt bằng vi sóng là mức năng lượng, độ ẩm tinh bột
và thời gian vi sóng [199], [201], [36], [38] được khảo sát theo 5 mức khác nhau trong
khoảng hữu hiệu đã được tìm hiểu trong tổng quan [215], [286]. [287], [181], [292]. Nồng
độ enzyme, tỷ lệ tinh bột/đệm và thời gian thủy phân với các khoảng biến thiên tương
ứng là những yếu tố tác động lớn nhất trong phương pháp cắt nhánh AP bằng pullulanase
[150], [33], [35], [22]. Dựa trên kết quả về hàm lượng RS cao nhất và xác định cơ sở của
sự gia tăng mà các thông số kỹ thuật của từng phương pháp được xác định. Trên cơ sở
đó ở phương pháp kết hợp cắt nhánh bằng enzyme và ẩm nhiệt bằng vi sóng sẽ được tiến
hành tại các thông số đã xác định từ các phương pháp đơn lẻ trên đây. Thoái hóa hồ tinh
bột là bước quan trọng trong việc hình thành RS3. Sau khi có các đoạn mạnh thẳng và
ngắn tạo ra ở bước 3, hồ tinh bột sẽ được tạo điều kiện để thực hiện việc tạo xoắn, và kết
tinh ở bước 4- giai đoạn thoái hóa. Đối với sản phẩm của sự biến đổi là các đoạn mạch
ngắn và thẳng thì nhiệt độ có ảnh hưởng mạnh hơn so với thời gian thoái hóa. Cố định
thời gian 24h, khảo sát sự ảnh hưởng của nhiệt độ từ điều kiện phòng (+28o
C), lạnh (4o
C)
và lạnh đông (-18o
C) đến %RS. Kết quả của bước 4 sẽ chọn được nhiệt độ thoái hóa cho](https://image.slidesharecdn.com/nghincusnxuttinhbtkhngtiuhattinhbtuxanhvngdngtrongchbinthcphm-230721165255-10c79ead/75/Nghien-c-u-s-n-xu-t-tinh-b-t-khang-tieu-hoa-t-tinh-b-t-d-u-xanh-va-ng-d-ng-trong-ch-bi-n-th-c-ph-m-77-2048.jpg)
![62
hàm lượng RS cao nhất, đồng thời so sánh được tác động khác nhau của nhiệt độ thoái
hóa ở các phương pháp biến đổi. Hoàn thiện các nội dung trên đây sẽ xác định được bộ
thông số thực hiện việc biến đổi làm giàu RS ở phương pháp tốt nhất và tìm ra dấu hiệu
của sự gia tăng RS.
Mục tiêu 3 là ứng dụng tinh bột đậu xanh giàu RS vào bánh quy không gluten sinh đường
thấp (bước 5 của sơ đồ Hình 2.1). Cơ sở của sự lựa chọn bánh quy không gluten là để
đánh giá khả năng cải thiện cấu trúc của tinh bột kháng từ đậu xanh so với gluten. Chọn
loại bánh quy không đường để tạo ra sản phẩm cho người ăn kiêng và thấy rõ vai trò sinh
đường thấp khi thay thế loại tinh bột kháng này. Các chỉ tiêu hình dạng, màu sắc, kết cấu
và tính chất cảm quan được xác định nhằm chọn ra mẫu tốt nhất có các đặc điểm đặc
trưng của bánh quy khi so với mẫu đối chứng có đường và có gluten.
2.2.2 Phương pháp thu nhận tinh bột đậu xanh
Thực hiện thu nhận tinh bột đậu xanh dựa theo phương pháp ướt đã được công bố bởi Li
(2011) [253] có sửa đổi được mô tả theo quy trình tại Hình 2.2:
Hạt đậu xanh
Rửa sạch
Ngâm tỷ lệ đậu/nước
cất: 1/3; 12 giờ, 4o
C
Bóc vỏ
Nghiền với 3 lần nước
cất trong 3 phút
Lọc qua rây 500 µm và
250 µm
Lắng 1 giờ
Gạn thu cặn
Thêm nước cất ngâm 24
giờ, 4o
C
Loại bỏ nước
Sấy 45o
C, 20 giờ (<10%
ẩm)
Nghiền, rây 125 µm
Tinh bột khô
Rửa 3 lần với nước cất
Hình 2.2 Sơ đồ quy trình thu nhận tinh bột đậu xanh [253]](https://image.slidesharecdn.com/nghincusnxuttinhbtkhngtiuhattinhbtuxanhvngdngtrongchbinthcphm-230721165255-10c79ead/75/Nghien-c-u-s-n-xu-t-tinh-b-t-khang-tieu-hoa-t-tinh-b-t-d-u-xanh-va-ng-d-ng-trong-ch-bi-n-th-c-ph-m-78-2048.jpg)
![63
Thuyết minh quy trình: đậu xanh từ tủ bảo quản được rửa sạch trước khi ngâm với nước
cất tỷ lệ 1/3 trong 12 giờ ở tủ mát ở nhiệt độ +4o
C. Hạt đậu sau đó được loại vỏ hoàn
toàn. Đậu xanh bỏ vỏ sẽ được nghiền với 3 lần thể tích nước so với đậu trong 3 phút bằng
máy xay sinh tố trong 3 phút. Huyền phù tinh bột sẽ được lược qua rây theo thứ tự 500
m và 250 m. Dịch lọc thu được sẽ được lắng tự nhiên trong 1 giờ để thu cặn. Hòa tan
cặn lại với nước cất để ngâm trong 24 giờ ở 4o
C. Gạn bỏ phần nước trong ở trên, hòa tan
và để lắng rửa tinh bột lặp lại 3 lần. Thu phần tinh bột sa lắng và sấy ở 45o
C trong 24 giờ
cho đến khi tinh bột đạt độ ẩm < 10%. Mảnh tinh bột khô sẽ được nghiền và qua rây 125
m, đóng túi PE để bảo quản, sử dụng cho nghiên cứu (Hình 2.2).
2.2.3 Phương pháp tách tinh bột đậu xanh có sử dụng các chất hỗ trợ làm sạch
Tách tinh bột đậu xanh có sử dụng các chất hỗ trợ làm sạch với mục đích tìm ra chất hỗ
trợ để thu tinh bột tinh sạch nhất mà không làm thay đổi thành phần và cấu trúc phân tử.
Tinh bột được tinh sạch sau đó được dùng cho nghiên cứu chuyên sâu ở cấp độ phân tử
sẽ không bị ảnh hưởng bởi các tạp chất khác. Do vậy các kết luận cho sự thay đổi cấu
trúc hoàn toàn do những tác động về công nghệ mà không phải từ tinh bột nguyên liệu
ban đầu. Quy trình được thực hiện giống như thể hiện ở Hình 2.2, nhưng ở công đoạn
ngâm cặn 24 giờ ở 4o
C sẽ thực hiện thay đổi với 3 loại chất hỗ trợ làm sạch là Na2SO3
0,2%; NaOH 0,1%, và NaHSO3 0,15% với mẫu đối chứng là sử dụng nước cất. Các chất
hỗ trợ tương ứng với nồng độ xác định được sử dụng dựa theo các quy trình thu nhận tinh
bột phổ biến từ nhóm đậu đỗ đã được kết luận là tốt nhất của các nghiên cứu như Li
(2011) [151], Chang (2006) [105], Chung (2000-2008) [73], Hòa (2006) [282].
Cơ sở của việc sử dụng các hóa chất trên đây là vì NaHSO3 là muối axít yếu, Na2SO3 là
dạng muối bazơ yếu đều có thể tạo SO2 có tính khử, chúng phản ứng với chất oxy hóa để
chuyển S+4
→S+6
trong quá trình ngâm làm giảm các hợp chất sinh màu. Môi trường kiềm
yếu hay axít yếu được tạo ra cũng có tác dụng hòa tan protein, tác động lên các mảnh tế
bào còn bám trên bề mặt tinh bột và làm giảm hàm lượng protein. Tuy nhiên khả năng
giảm màu và protein của 2 loại này có thể khác nhau do hiệu quả phân ly. NaHSO3 có
thể phân ly từ từ nên làm tăng hiệu quả làm sạch hơn so với Na2SO3. NaHSO3 không
phản ứng với lipid nhưng có khả năng phản ứng với peroxide tạo ra rượu làm phân cực
hóa hơn, sẽ tự động hòa tan vào trong nước. Các giả thiết cũng đề cập chủ yếu là các hóa](https://image.slidesharecdn.com/nghincusnxuttinhbtkhngtiuhattinhbtuxanhvngdngtrongchbinthcphm-230721165255-10c79ead/75/Nghien-c-u-s-n-xu-t-tinh-b-t-khang-tieu-hoa-t-tinh-b-t-d-u-xanh-va-ng-d-ng-trong-ch-bi-n-th-c-ph-m-79-2048.jpg)
![65
bao bì chứa đựng. Đồng thời chúng còn đảm bảo sự bền vững, an toàn, chống bể vỡ trong
quá trình vi sóng (khả năng chịu nhiệt của lọ thạch anh theo khuyến cáo của nhà sản xuất
là 1730o
C). Nút nhám cùng chất liệu thạch anh đảm bảo độ kín khít và tránh bật nắp,
thoát ẩm trong quá trình vi sóng. Để đảm bảo sự phân bố đồng đều nhiệt trên toàn bộ
mẫu, tỷ lệ giữa khối lượng mẫu/thể tích lọ (khoảng 1/8) và số gam tinh bột/mẫu (10g tinh
bột/mẫu) được cố định. Quy trình, yếu tố cố định, yếu tố khảo sát và thứ tự bố trí thí
nghiệm được thể hiện dưới đây:
10g mẫu tinh bột đã
xác định ẩm
Đổ vào bình thạch anh
đậy kín
Thêm nước cất để có độ
ẩm theo bố trí khảo sát
Giữ 4o
C, 24 giờ để cân bằng ẩm
Lấy mẫu ra vi sóng ở mức năng lượng và
thời gian theo bố trí khảo sát
Sấy 45o
C, 24 giờ
(độ ẩm <10%)
Mẫu tinh bột biến
đổi bằng vi sóng
10g mẫu tinh bột
Thêm nước rửa và ly
tâm lần cuối, thu cặn
Sấy khô đến % ẩm tốt nhất
đã khảo sát của vi sóng
Vi sóng ở mức năng lượng và
thời gian tốt nhất đã khảo sát
Sấy 45o
C, 24 giờ
(độ ẩm <10%)
Mẫu tinh bột biến đổi bằng
enzyme kết hợp vi sóng
Thủy phân bằng enzyme tại
điều kiện tôt nhất đã khảo sát
Hình 2.4 Sơ đồ quy trình biến đổi tinh bột
bằng vi sóng (Wang, 2019 [128])
Hình 2.6 Sơ đồ quy trình làm giàu
RS bằng enzyme kết hợp vi sóng
Ba khảo sát được bố trí theo 3 thí nghiệm về yếu tố ảnh hưởng mạnh trong xử lý vi sóng
đến hàm lượng tinh bột kháng với các thông số cố định được trình bày trong Bảng 2.3.
Bảng 2.3 Bảng các yếu tố cố định trong phương pháp xử lý tinh bột bằng vi sóng
STT Tên Lượng/thông số
1 Số gam tinh bột mỗi mẫu thí nghiệm 10g
2 Nhiệt độ, thời gian để cân bằng ẩm cho tinh bột trước vi sóng 4o
C, 24 giờ
3 Độ ẩm tinh bột đưa vào vi sóng 25%
4 Thời gian vi sóng 2 phút
5 Nhiệt độ, thời gian sấy tinh bột sau vi sóng 45o
C, 24 giờ
6 Độ ẩm mẫu tinh bột đạt được sau sấy <10%
7 Số lần thí nghiệm/ 1 mẫu 3 lần
8 Số lần thực hiện/ mẫu 3](https://image.slidesharecdn.com/nghincusnxuttinhbtkhngtiuhattinhbtuxanhvngdngtrongchbinthcphm-230721165255-10c79ead/75/Nghien-c-u-s-n-xu-t-tinh-b-t-khang-tieu-hoa-t-tinh-b-t-d-u-xanh-va-ng-d-ng-trong-ch-bi-n-th-c-ph-m-81-2048.jpg)
![66
+ Thí nghiệm 1 (TN1): Ảnh hưởng của mức năng lượng vi sóng đến lượng tinh bột kháng
• Yếu tố cố định như Bảng 2.3.
• Yếu tố khảo sát: mức năng lượng vi sóng (khoảng khảo sát từ 250w/10g-650w/10g
với bước nhảy 100w dựa trên nghiên cứu của Li (2018) [215], Kumar (2020) [286], Xie
(2013) [287] và Zhang (2009) [181]) được bố trí như Bảng 2.4.
Bảng 2.4 Bảng bố trí thí nghiệm khảo sát về mức năng lượng vi sóng đến %RS
Ký hiệu mẫu MP0 MP1 MP2 MP3 MP4 MP5
Mức năng lượng (w/10g) 0 250 350 450 550 650
Chỉ tiêu đo lường %RS, %AM, 𝐷𝑃
𝑛
̅̅̅̅̅̅ , % phân bố nhánh trong AP
Hàm mục tiêu
-Chọn mẫu cho hàm lượng RS cao nhất.
-Giải thích cơ sở của sự thay đổi RS bằng AM, DPn
̅̅̅̅̅ và
phân bố nhánh trong AP.
+ Thí nghiệm 2 (TN2): Ảnh hưởng của độ ẩm tinh bột đến hàm lượng tinh bột kháng
• Yếu tố cố định như Bảng 2.3 và mức năng lượng vi sóng đã được chọn ở TN1.
• Yếu tố khảo sát: độ ẩm tinh bột (khoảng khảo sát độ ẩm tinh bột từ 8,5% đến 30%
dựa trên cơ sở nghiên cứu của Lewicka (2015) [292], Braşoveanu (2014) [36] và Zhang
(2009) [181]) được bố trí thí nghiệm như Bảng 2.5.
Bảng 2.5 Bảng bố trí thí nghiệm khảo sát về độ ẩm tinh bột đến %RS
Ký hiệu mẫu MM0* MM1 MM2 MM3 MM4 MM5
Độ ẩm tinh bột (%) ban đầu 10 15 20 25 30
Chỉ tiêu đánh giá và hàm mục tiêu tương tự như trong TN1.
Chú thích: MM0* là độ ẩm của tinh bột thu nhận
+ Thí nghiệm 3 (TN3): Ảnh hưởng của thời gian vi sóng đến hàm lượng tinh bột kháng
• Yếu tố cố định như Bảng 2.3, mức năng lượng vi sóng và độ ẩm là kết quả thu được
từ TN1 và TN2.
• Yếu tố khảo sát: thời gian vi sóng (khoảng khảo sát từ 1 - 5 phút dựa theo các nghiên
cứu của Kumar (2020) [286], Li (2018) [39], Li (2019b) [295] và Xie (2013) [287]) được
bố trí thí nghiệm như Bảng 2.6.
Bảng 2.6 Bảng bố trí thí nghiệm khảo sát về thời gian vi sóng đến %RS
Ký hiệu mẫu MT0 MT1 MT2 MT3 MT4 MT5
Thời gian vi sóng (phút) 0 1 2 3 4 5
Chỉ tiêu đánh giá và hàm mục tiêu tương tự như trong TN1.](https://image.slidesharecdn.com/nghincusnxuttinhbtkhngtiuhattinhbtuxanhvngdngtrongchbinthcphm-230721165255-10c79ead/75/Nghien-c-u-s-n-xu-t-tinh-b-t-khang-tieu-hoa-t-tinh-b-t-d-u-xanh-va-ng-d-ng-trong-ch-bi-n-th-c-ph-m-82-2048.jpg)
![67
2.2.5 Phương pháp làm giàu tinh bột kháng từ đậu xanh bằng xử lý bởi enzyme
Phương pháp khử nhánh bằng enzyme pullulanase sau đây được gọi tắt bằng “phương
pháp enzyme” sẽ thực hiện theo quy trình mô tả ở Hình 2.5.
10g mẫu tinh bột
Đổ vào erlen cổ nhám
500ml
Thêm dung dịch đệm acetate 0.1M, pH 5.3
với tỷ lệ tinh bột/đệm theo bố trí khảo sát
Gia nhiệt trong bể ổn nhiệt ở 100o
C
trong 10 phút, lắc mỗi 2 phút
Làm nguội đến 55o
C
Vô hoạt enzyme bằng 3
thể tích cồn 99o
Duy trì mẫu ở 55o
C, thời gian thủy
phân theo khảo sát trong bể lắc
Bổ sung pullulanase với
nồng độ theo bố trí khảo sát
Ly tâm thu cặn ở 3000×g, 15 phút
Thêm nước rửa và ly
tâm tương tự, thu cặn
Sấy 45o
C, 24 giờ
(độ ẩm <10%)
Mẫu tinh bột biến
đổi bằng enzyme
Hình 2.5 Sơ đồ quy trình biến đổi tinh bột bằng enzyme khử nhánh [254]
Tinh bột được cân 10 g cho mỗi bình erlen cổ nhám 500 ml, sau đó thêm dung dịch đệm
acetat 0,1N (pH 5.3) với tỷ lệ 1/15. Gia nhiệt trong bể ổn nhiệt ở 100o
C trong 10 phút và
thực hiện khuấy mỗi 2 phút. Hỗn hợp bột hồ hóa được làm nguội xuống 55o
C và bổ sung
enzyme pullulanase với nồng độ theo khảo sát. Duy trì chế độ thủy phân trong thiết bị ủ
nhiệt có lắc trong 20 giờ. Kết thúc hoạt động thủy phân bằng cách thêm 3 lần thể tích cồn
99o
. Huyền phù tinh bột rửa bằng nước cất và được ly tâm thu cặn. Cặn tinh bột sau thủy
phân được trải trên đĩa petri và sấy ở 45o
C đến khi độ ẩm <10%. Tinh bột được nghiền
qua rây 125 m, đóng gói, bảo quản và đo lường. Mỗi thí nghiệm trong xử lý tinh bột
bằng enzyme đều tính toán hao hụt ở phần thu sản phẩm cuối (tính theo % chất khô) để
so sánh hiệu quả với các phương pháp xử lý khác.
Ba yếu tố ảnh hưởng mạnh nhất của phương pháp enzyme được bố trí theo thứ tự thí
nghiệm ở các bảng dưới đây. Các yếu tố cố định cho các khảo sát mô tả ở Bảng 2.7.
+ Thí nghiệm 4 (TN4): Ảnh hưởng của nồng độ enzyme đến hàm lượng tinh bột kháng
• Yếu tố cố định: như Bảng 2.7.](https://image.slidesharecdn.com/nghincusnxuttinhbtkhngtiuhattinhbtuxanhvngdngtrongchbinthcphm-230721165255-10c79ead/75/Nghien-c-u-s-n-xu-t-tinh-b-t-khang-tieu-hoa-t-tinh-b-t-d-u-xanh-va-ng-d-ng-trong-ch-bi-n-th-c-ph-m-83-2048.jpg)
![68
Bảng 2.7 Bảng các yếu tố cố định trong phương pháp xử lý bằng enzyme
STT Tên Lượng/thông số
1 Số gam tinh bột mỗi mẫu thí nghiệm 10g
2 Nhiệt độ thủy phân 55o
C
3 Thời gian thủy phân 20 giờ
4 Tỷ lệ tinh bột/đệm acetate nồng độ 0.1M, pH=5.3 1/15
5 Số thể tích cồn 99o
/mẫu để vô hoạt enzyme 3 lần
6 Tốc độ và thời gian ly tâm 3000x g, 15 phút
7 Độ ẩm tinh bột sau sấy 8,7%
8 Nhiệt độ và thời gian sấy mẫu sau thủy phân 45o
C, 24 giờ
9 Thời gian thoái hóa 0 giờ
10 Số lần thí nghiệm/1 mẫu 3 lần
• Yếu tố khảo sát: Nồng độ enzyme thủy phân (khảo sát từ 20 upun/g đến 40 upun/g
dựa trên các nghiên cứu trước [33], [154]) được bố trí thí nghiệm như Bảng 2.8.
Bảng 2.8 Bảng bố trí thí nghiệm khảo sát về nồng độ enzyme đến %RS
Ký hiệu mẫu EC0 EC1 EC2 EC3 EC4 EC5
Nồng độ enzyme (U/g) - 20U/g 25U/g 30U/g 35U/g 40U/g
Chỉ tiêu đo lường %RS, %AM, 𝐷𝑃𝑛
̅̅̅̅̅ , % phân bố nhánh trong AP
Hàm mục tiêu
-Chọn mẫu có hàm lượng RS cao nhất.
-Giải thích cơ sở của sự thay đổi RS bằng AM, 𝐷𝑃
𝑛
̅̅̅̅̅ và
phân bố nhánh trong AP.
+ Thí nghiệm 5 (TN5): Ảnh hưởng của tỷ lệ tinh bột/ đệm đến hàm lượng tinh bột kháng
• Yếu tố cố định: như Bảng 2.7, nồng độ enzyme được chọn trong TN4.
• Yếu tố khảo sát: tỷ lệ tinh bột/đệm (tỷ lệ thay đổi từ 1/10 – 1/30 theo các nghiên
cứu trước [107], [33], [302], [229]) được bố trí thí nghiệm như Bảng 2.9.
Bảng 2.9 Bảng bố trí thí nghiệm khảo sát về tỷ lệ tinh bột/đệm đến %RS
Ký hiệu mẫu ER0 ER1 ER2 ER3 ER4 ER5
Tỷ lệ tinh bột/ đệm - 1/10 1/15 1/20 1/25 1/30
Chỉ tiêu đánh giá và hàm mục tiêu tương tự như trong TN4.
+ Thí nghiệm 6 (TN6): Ảnh hưởng của thời gian thủy phân bằng enzyme đến %RS.
• Yếu tố cố định: như Bảng 2.7, nồng độ enzyme được chọn trong TN4, tỷ lệ tinh
bột/nước được chọn ở TN5.
• Yếu tố khảo sát: thời gian thủy phân (thời gian thủy phân từ 8 - 24 giờ được khảo
sát theo các nghiên cứu trước [180], [33], [97], [308]), bố trí thí nghiệm như Bảng 2.10.](https://image.slidesharecdn.com/nghincusnxuttinhbtkhngtiuhattinhbtuxanhvngdngtrongchbinthcphm-230721165255-10c79ead/75/Nghien-c-u-s-n-xu-t-tinh-b-t-khang-tieu-hoa-t-tinh-b-t-d-u-xanh-va-ng-d-ng-trong-ch-bi-n-th-c-ph-m-84-2048.jpg)
![71
thêm bột nổi, muối, đường từ cỏ ngọt trộn chậm trong 3 phút. Bơ đánh bông riêng thời
gian 3 phút, bổ sung trứng đã trộn đều trước cho đến khi hỗn hợp đồng nhất. Cho tiếp
hỗn hợp bột khô đã trộn sẵn vào đánh chậm 2 phút và đánh nhanh 3 phút. Khối bột nhào
đạt yêu cầu khi các thành phần kết dính với nhau, tạo khối mịn, không chảy dầu, không
dính tay, đàn hồi, dễ tạo hình. Sau nhào trộn, bột nhào sẽ được đem tạo hình ngay. Tiến
hành tạo hình bằng cách cán bột nhào trên máy cán, dày 0,4 cm, dùng khuôn cắt hình tròn
đường kính 5,5 cm để tạo hình. Bánh được đưa vào nướng ngay sau khi tạo hình ở 170o
C
nhiệt trên và 180o
C nhiệt dưới trong thời gian 17 phút. Bánh sau khi nướng được làm
nguội tự nhiên trong phòng mát 22o
C trong 15 phút. Sau làm nguội, bánh được bao gói
trong màng polypropylene và đóng túi bằng màng PE, hàn kín và được xếp vào hộp giấy
có khuôn sẵn để bảo quản 6 tháng và xác định các chỉ tiêu. Sơ đồ quy trình chi tiết được
trình bày ở Phụ lục Hình 1 Nội dung 5.
- Công thức bánh quy không đường, không gluten theo Xiao (2019) [255] có sửa đổi theo
Bảng 2.12 dưới đây:
Bảng 2.12 Bảng thành phần nguyên liệu trong công thức bánh quy
Thành phần nguyên liệu Khối lượng trong công thức (g)
Bột gạo Nhật 1000
Trứng 600
Bơ 300
Muối 10
Bột nổi 20
Đường cỏ ngọt/đường mía 20/400
Vani 0,2
Ký hiệu cho mẫu sử dụng 100% bột mỳ và đường saccharose là WS-mẫu đối chứng,
100% bột mỳ, 100% bột gạo, thay 15%, 20%, 25%, 30%, 35%, 40%, 45% bột gạo bằng
RS đậu xanh và không sử dụng đường saccharose tương ứng là W, R, RS15, RS20, RS25,
RS30, RS35, RS40, RS45. Mục đích của khảo sát này là tìm ra tỷ lệ tinh bột đậu xanh
giàu RS thay thế bột gạo trong công thức bánh quy không đường không gluten khi so
sánh tính chất với mẫu có đường và có gluten. Qua đó xác định được tính chất chức năng
của tinh bột đậu xanh sau biến đổi và xác định các chỉ tiêu chất lượng của bánh quy như
tính chất cảm quan, hóa lý, hàm lượng RS, chỉ số đường huyết và xác nhận các chỉ tiêu
an toàn vệ sinh thực phẩm.](https://image.slidesharecdn.com/nghincusnxuttinhbtkhngtiuhattinhbtuxanhvngdngtrongchbinthcphm-230721165255-10c79ead/75/Nghien-c-u-s-n-xu-t-tinh-b-t-khang-tieu-hoa-t-tinh-b-t-d-u-xanh-va-ng-d-ng-trong-ch-bi-n-th-c-ph-m-87-2048.jpg)
![72
2.2.9 Các phương pháp phân tích
Các chỉ tiêu hóa học, hóa lý, vật lý, cơ lý, cấu trúc, vi sinh, cảm quan trong nguyên liệu
hạt, tinh bột, bánh quy được phân tích theo các phương pháp dưới đây:
2.2.9.1 Xác định thành phần hóa học, kim loại nặng và vi sinh: Bảng 2.13
Bảng 2.13 Các phương pháp xác định thành phần hóa học và chỉ tiêu vi sinh
trong nghiên cứu
Tên chỉ tiêu Phương pháp Tên chỉ tiêu Phương pháp
Độ Ẩm AOAC 925.40;
AACCI 44-15A,
Chì AOAC 2013.06
Protein AOAC 2001.11;
AACCI 46-10, 2000
Cadimi AOAC 2013.06
Chất béo AOAC 920.39;
AACCI 30-10, 2000 Tổng vi sinh vật hiếu khí
ISO 7032:2004
Tro AOAC 942.05;
AACCI 08-01, 2000 Presumptive Bacillus cereus
ISO 7037:2004
Carbonhydrate Tính toán theo FAO Clostridium perfringens ISO 7032:2006
Đường tổng TCVN 4594: 1988 Coliform AOAC 975.55
Năng lượng Tính toán theo FAO Escherichia coli ISO 16649-2:2001
Tinh bột tổng AACC 76-13.01 Staphylococus aureus AOAC 942.05
Xơ thô AACC-2000-07-01 Tổng nấm men và nấm mốc ISO 21527-2:2008
Độ tinh sạch Hung, 20051
Chú thích: 1
.Độ tinh sạch của tinh bột xác định theo Hung (2005) [256] dựa theo công thức:
% Độ tinh khiết của tinh bột (theo chất khô) = 100% - % protein - % lipid - % tro - % xơ
2.2.9.2 Xác định hàm lượng RS của tinh bột đậu xanh và bánh quy: đánh giá bằng bộ xét
nghiệm tinh bột kháng của Megazyme (Megazyme International, Wicklow, Ireland) theo
phương pháp AOAC 2002.02 đã được phê duyệt. Cân 100 mg tinh bột và trộn với 4 ml
hỗn hợp enzyme, bao gồm α-amylase tuyến tụy (10 mg/ml) và amyloglucosidase-AMG
(3 U/ml), trong một ống nghiệm có nắp. Sau khi lắc, ống mẫu được thủy phân trong tủ ủ
ổn nhiệt có lắc (200 lần/phút) trong 16 giờ ở 37°C để thủy phân các tinh bột dễ tiêu hóa.
Kết thúc quá trình thủy phân, huyền phù tinh bột được trộn với 4 ml ethanol tuyệt đối và
được trộn mạnh bằng máy votex để khử hoạt tính của các enzym. RS được thu hồi dưới
dạng cục vón nhỏ bằng cách ly tâm ở 1500×g trong 10 phút. Các cục vón tinh bột được
rửa hai lần bằng ethanol 50% để loại bỏ tinh bột đã tiêu hóa và tiếp tục ly tâm. Cặn lắng
thu được sẽ hòa tan trong 2 ml KOH 2M bằng cách khuấy mạnh trong 20 phút trong bể
nước đá và sau đó được trung hòa bằng 8 ml đệm natri axetat 1,2M (pH 3.8). Sau khi trộn
với 0,1 ml AMG (3300 U/ml) trong bể ổn nhiệt 50o
C, mẫu tiếp tục được trộn bằng máy](https://image.slidesharecdn.com/nghincusnxuttinhbtkhngtiuhattinhbtuxanhvngdngtrongchbinthcphm-230721165255-10c79ead/75/Nghien-c-u-s-n-xu-t-tinh-b-t-khang-tieu-hoa-t-tinh-b-t-d-u-xanh-va-ng-d-ng-trong-ch-bi-n-th-c-ph-m-88-2048.jpg)
![74
trạng thái bề mặt hạt. Mẫu hạt tinh bột được đặt trên bề mặt của giá đỡ mẫu, được phủ
một lớp vàng/paladi (60/40 w/w) và quan sát khi cài đặt các thông số như góc chụp 2𝜃,
điện thế gia tốc từ 10 – 20 kV, độ phóng đại 50 đến 2.000 lần [257].
2.2.9.5 Xác định kích thước hạt tinh bột (LDS): sự phân bố kích thước hạt được xác định
bằng cách sử dụng máy phân tích phân bố kích thước hạt nhiễu xạ laze (Specifica LA-
950, HORIBA, Nhật Bản). Các hạt tinh bột được phân tán trong ethanol (99,5%), và kích
thước của các hạt tinh bột được chụp bởi Hệ thống quang học gốc LA-950. Dữ liệu thu
được được phân tích bằng HORIBA LA-950 cho Windows, Nhật Bản [55]. Các thí
nghiệm được thực hiện ba lần cho mỗi mẫu.
2.2.9.6 Xác định mức độ polyme hóa trung bình của tinh bột: mức độ trùng hợp trung
bình (𝐷𝑃𝑛
̅̅̅̅̅) của tinh bột đậu xanh được đánh giá dựa trên phương pháp của Hung (2005).
Hỗn dịch tinh bột được chuẩn bị bằng cách trộn 30 mg tinh bột với 0,2 ml ethanol 80%
và 1 ml dimetyl sulfoxit 90% (DMSO). Sau khi hòa tan với 2 ml nước cất, mẫu được đun
sôi trong 15 phút, lắc mỗi 5 phút. Định mức lên 10 ml bằng nước cất, trộn bằng vortex,
dịch tinh bột được sử dụng để đo tổng lượng glucose và tổng nồng độ gốc khử. 𝐷𝑃𝑛
̅̅̅̅̅ được
tính bằng tổng lượng carbohydrate (TG) chia cho tổng lượng đường khử của tinh bột
(TRR) (𝐷𝑃𝑛
̅̅̅̅̅̅̅ = 𝑇𝐺/𝑇𝑅𝑅).
2.2.9.7 Sự phân bố chiều dài nhánh trong amylopectin (AP distribution): chiều dài chuỗi
trung bình (𝐶𝐿𝑛
̅̅̅̅̅̅) và sự phân bố chiều dài nhánh (%) của phân tử AP được xác định bằng
cách sử dụng hệ thống sắc ký trao đổi ion hiệu năng cao với đầu dò xung điện (HPAEC-
PAD) Dionex ICS 3000 (Dionex Corporation, Hoa Kỳ) theo phương pháp được mô tả
bởi Bertoft (2004) [258]. Theo phân loại của Hizukuri (1986), chuỗi nhánh của AP được
chia thành chuỗi A, B và C và được tổ chức theo mô hình cụm. Trong xác định phân bố
bằng HPAEC - PAD, kết quả thể hiện được tổng hợp diện tích peak theo độ dài chuỗi, cụ
thể là chuỗi A (DP 6−12), chuỗi B1 (DP 13−24), B2 (DP 25−36) và B3 (DP > 36)
(Hanashiro, 1996). Tinh bột (4 mg) được hòa tan bằng DMSO (1,0 ml) và sau đó được
phân nhánh bằng cách sử dụng isoamylase (700 U/ml). Dung dịch được ủ ở nhiệt độ môi
trường qua đêm, và enzym bị bất hoạt bằng cách đun sôi trong bể cách thủy trong 5 phút.
Ly tâm tách cặn ở 5000g, sau đó pha loãng, lọc qua màng lọc 0,45 µm, dung dịch tinh
bột được bơm vào hệ thống HPIC. Sử dụng pha động gồm dung môi A (150 mM NaOH)
và dung môi B (150 mM NaOH, 500 mM NaOAc). Dạng gradient của pha động như sau:](https://image.slidesharecdn.com/nghincusnxuttinhbtkhngtiuhattinhbtuxanhvngdngtrongchbinthcphm-230721165255-10c79ead/75/Nghien-c-u-s-n-xu-t-tinh-b-t-khang-tieu-hoa-t-tinh-b-t-d-u-xanh-va-ng-d-ng-trong-ch-bi-n-th-c-ph-m-90-2048.jpg)
![75
15% –36% B trong 0 –9 phút, 36% – 45% B trong 9 – 18 phút và 45% – 100% B trong
18 – 110 phút. Tốc độ dòng là 0,4 ml/phút, nhiệt độ cột 30o
C. Phổ chuẩn được chạy trên
dãy maltosedextrin từ 3-70 gốc glucose (Nội dung 3, Mục 4, Phụ Lục). Các chất chuẩn
được thực hiện để xác định peak tương ứng theo số gốc glucose theo thời gian lưu tạo ra
phổ chuẩn. Soi chiếu thời gian lưu của các peak trong mẫu thử với phổ chuẩn và để xác
định các giá trị DP từ thấp đến cao theo mối quan hệ tuyến tính giữa thời gian lưu và mức
độ polyme hóa. 𝐶𝐿𝑛
̅̅̅̅̅ của AP được tính toán dựa trên tổng diện tích peak đạt 50% so với
tổng diện tích toàn bộ peak của AP. Mẫu tinh bột chưa biến đổi và biến đổi bằng vi sóng
sẽ thực hiện toàn bộ quy trình xác định. Với mẫu có biến đổi bằng enzyme sẽ bắt đầu tiến
hành từ bước pha loãng, lọc và tiến hành đo lường để đánh giá.
2.2.9.8 Xác định cấu trúc kết tinh của tinh bột bằng XRD: dựa vào hiện tượng các tia X
nhiễu xạ trên các mặt tinh thể chất rắn, tính tuần hoàn dẫn đến việc các mặt tinh thể đóng
vai trò như một cách tử nhiễu xạ. Kết quả của thí nghiệm với X-ray, sẽ cho biết cấu trúc
kết tinh của nguyên liệu thuộc loại A, B hay C và % tinh thể có ở trong mẫu. Phân tích
nhiễu xạ tia X được thực hiện bằng máy đo nhiễu xạ tia X (Rigaku Co., Ltd, loại Rint
2000, Tokyo, Nhật Bản), hoạt động từ 2o
đến 35o
góc quét 2θ với tốc độ quét 8°/phút và
bước quét 0.02o
ở 40 kV và 80 mA [259]. Loại tinh thể được xác định dựa vào các peak
đặc trưng. Mức độ kết tinh tương đối (%RC) được tính bằng tỷ số giữa diện tích các peak
so với với tổng diện tích nhiễu xạ [259].
2.2.9.9 Xác định cấu trúc tinh bột bằng 13C CP/MAS NMR solid: dùng cộng hưởng từ
hạt nhân trạng thái rắn 13C phân cực chéo (CP-cross-polarization) và góc quay (MAS-
Magic Angle Spinning) để đo mức độ kết tinh, tỷ lệ xoắn kép và % vô định hình được
hình thành trong quá trình thoái hóa hồ tinh bột làm giàu RS. Quá trình được thực hiện
trên máy quang phổ AVANCE III HD 400 MHz (Bruker, Đức) được trang bị cộng hưởng
kép đầu dò HXY-MAS 4 mm ở tần số cao 100,613 MHz. Các mẫu được quay với tốc độ
10 kHz, độ kết tinh tương đối, hàm lượng xoắn kép/ đơn và tỷ lệ pha vô định hình (PPA-
Proportion of amorphous phase) được ước tính bằng phần mềm PeakFit (SeaSolve Inc.,
Framingham, MA, USA) theo các phương pháp được mô tả bởi Atichokudomchai (2004)
[260] và Zeng (2016) [38]. Độ kết tinh tương đối, tỷ lệ xoắn kép, %PPA theo thứ tự được
ước tính dựa vào diện tích peak C1, C4 và cụm C2,3,5 so với tổng diện tích peak của phổ
và định lượng bằng phần mềm Mest ReNova [260]](https://image.slidesharecdn.com/nghincusnxuttinhbtkhngtiuhattinhbtuxanhvngdngtrongchbinthcphm-230721165255-10c79ead/75/Nghien-c-u-s-n-xu-t-tinh-b-t-khang-tieu-hoa-t-tinh-b-t-d-u-xanh-va-ng-d-ng-trong-ch-bi-n-th-c-ph-m-91-2048.jpg)
![76
2.2.9.10 Xác định cấu trúc tinh bột bằng FTIR: phân tích phổ hồng ngoại biến đổi Fourier
của tinh bột có thể cung cấp thông tin về những thay đổi trong trật tự phân tử và mức độ
xoắn kép ở phạm vi tầm ngắn. Các dải hấp thụ IR ở 995 cm-1
và 1047 cm-1
có liên quan
đến cấu trúc có trật tự và tinh thể ngậm nước của tinh bột, trong khi đỉnh ở 1022 cm-1
liên
quan đến cấu trúc vô định hình. Do vậy, tỷ lệ diện tích tích hợp của các dải hấp thụ ở
1047/1022 cm-1
và 995/1022 cm-1
được sử dụng để định lượng các thay đổi bên trong về
mức độ trật tự (DO) và mức độ xoắn kép (DD) của phân tử tinh bột. Sử dụng phân tích
cấu trúc tầm ngắn của tinh bột bằng máy quang phổ ATR PRO ONE - JASCO FT/IR -
4700 thông lượng cao (Deutschland GmbH, Đức) theo phương pháp của Ma (2018). Tinh
bột (2 mg, tính theo chất khô) được trộn với KBr (200 mg) và sau đó ép thành tấm. Phổ
hồng ngoại biến đổi Fourier (FT-IR) của tinh bột thu được bằng cách quét từ 4.000 đến
500 cm-1
ở độ phân giải 4 cm-1
với sự tích lũy của 64 lần quét. Mức độ trật tự phân tử
(DO) được tính theo tỷ lệ 1047/1022 cm-1
và mức độ xoắn kép (DD) là 995/1022 cm-1
[107].
2.2.9.11 Xác định độ trương nở của tinh bột (Hung, 2005) [256]: các ống ly tâm (m1) có
chứa 0,16 g (m0) mẫu tinh bột và thêm vào 5 ml nước cất. Các ống sau đó được lắc bằng
máy lắc Vortex và gia nhiệt ở 50o
C, 60o
C, 70o
C, 80o
C, 90o
C trong 30 phút, khuấy lắc mỗi
3 phút. Sau đó mẫu tinh bột được làm lạnh nhanh đến nhiệt độ phòng bằng cách ngâm
trong nước lạnh và ly tâm ở 3000×g trong 15 phút. Loại bỏ phần nổi ở trên một cách cẩn
thận, thấm khô và cân khối lượng ống ly tâm và phần cặn (m2). Mức độ trương nở được
xác định bằng công thức sau:
Khả năng trương nở (g/g) =
0
1
2
m
m
m −
Chú thích:
m2: khối lượng ống chứa mẫu tinh bột trương nở (g)
m1: khối lượng ống ly tâm (g)
m0: khối lượng mẫu cân (g)
2.2.9.12 Xác định khả năng hòa tan của tinh bột: xác định theo Hung (2016) [40]: mẫu
tinh bột (0.5 g = mm) được cho vào ống nghiệm 50 ml, sau đó cho 30 ml nước cất. Các
mẫu được đun cách thủy trong bể ủ nhiệt trong khoảng từ 50℃ đến 90℃ với bước nhảy
là 10℃ trong 30 phút, tiến hành khuấy mẫu 5 phút một lần. Các ống nghiệm sau đó được](https://image.slidesharecdn.com/nghincusnxuttinhbtkhngtiuhattinhbtuxanhvngdngtrongchbinthcphm-230721165255-10c79ead/75/Nghien-c-u-s-n-xu-t-tinh-b-t-khang-tieu-hoa-t-tinh-b-t-d-u-xanh-va-ng-d-ng-trong-ch-bi-n-th-c-ph-m-92-2048.jpg)
![77
làm lạnh nhanh đến nhiệt độ phòng bằng nước và ly tâm ở 1500×g trong khoảng 30 phút.
Thu lấy dịch trong phía trên ống ly tâm phần tinh bột hòa tan cho vào vật chứa đã được
cân lấy khối lượng trước đó (mđ), đem sấy ở nhiệt độ 120o
C trong 4 giờ, sau đó cân lại
khối lượng vật chứa (ms). Độ hòa tan của tinh bột được tính bằng cách lấy thương của
khối lượng phần nổi trên bề mặt đã được sấy khô và khối lượng tinh bột ban đầu.
Khả năng hòa tan (%) = 100
−
m
đ
s
m
m
m
Chú thích:
ms: khối lượng ống và mẫu đã sấy đến khối lượng không đổi (g)
mđ: khối lượng ống không đã sấy đến khối lượng không đổi (g)
mm: khối lượng mẫu ban đầu (g)
2.2.9.13 Xác định đặc tính hồ của tinh bột: nhiệt độ hồ hóa (GT), nhiệt độ đỉnh (PT), độ
nhớt đỉnh (MV), độ nhớt cuối (FV), độ nhớt phân hủy (BD) và độ nhớt làm nguội (SB)
của tinh bột đậu xanh được đo bằng máy đo độ nhớt vi mô (Brabender® GmbH & Công
ty TNHH KG, Đức). Tinh bột đậu xanh được trộn với nước cất để thu được hỗn dịch 15%
(w/v). Huyền phù tinh bột được gia nhiệt từ 30°C đến 93°C với tốc độ không đổi
7,5°C/phút, giữ ở 93°C trong 15 phút, và sau đó làm lạnh xuống 30°C với tốc độ tương
tự [261]. Các cấu hình đặc tính hồ được thu thập và giải thích.
2.2.9.14 Xác định đường kính, bề dầy, thể tích và tỷ lệ D/H của bánh quy: độ dày (H) và
đường kính (D) được xác định bằng cách sử dụng thước cặp điện tử Vernier tại 5 vị trí
khác nhau của 10 chiếc bánh quy được chọn ngẫu nhiên. Xác định tỷ lệ đường kính và
độ dày (D/H). Thể tích của bánh được xác định bằng phép đo tỷ trọng và thể tích chiếm
chỗ của hạt kê so với nước. Số liệu thu được là giá trị trung bình của 3 lần đo [262].
2.2.9.15 Xác định màu sắc của tinh bột và bánh quy: sử dụng máy đo màu Minolta CR410
(Konica Minolta Co., Nhật Bản) có tham chiếu đến đèn chiếu sáng tiêu chuẩn D65 và
góc nhìn 10. (không gian màu của hệ thống CIELAB; L*, a*, b* là giá trị của mỗi điểm
ảnh phản ánh màu sắc bề mặt mẫu). Kết quả là giá trị trung bình của 5 lần đọc cho mỗi
đợt mẫu. ΔE* thể hiện sự khác biệt về màu sắc so với mẫu chuẩn là bánh quy dùng bột
mỳ và có đường saccharose. Giá trị ΔE*> 8 được sử dụng để chỉ ra có sự khác biệt về
màu sắc giữa hai mẫu khác nhau có thể nhận biết được bằng mắt người hay không [263].
2.2.9.16 Đánh giá đặc điểm kết cấu của bánh quy: đo lường độ cứng (độ bền phá vỡ- độ
giòn) của mẫu bánh quy được tiến hành trong 24 giờ sau khi nướng. Sử dụng máy phân](https://image.slidesharecdn.com/nghincusnxuttinhbtkhngtiuhattinhbtuxanhvngdngtrongchbinthcphm-230721165255-10c79ead/75/Nghien-c-u-s-n-xu-t-tinh-b-t-khang-tieu-hoa-t-tinh-b-t-d-u-xanh-va-ng-d-ng-trong-ch-bi-n-th-c-ph-m-93-2048.jpg)
![78
tích cấu trúc thực phẩm CT3 4500 (Brookfiel Ametek). Độ cứng (là giá trị lớn nhất của
lực cắt gãy) của các mẫu được đo thông qua đầu đo TA07 Knife Edge (60 mmW). Độ
cứng được xác định theo phương pháp được mô tả trong Pareyt (2008) [264] là lực cực
đại được ghi lại trong quá trình nén ở khoảng cách 40 mm. Khoảng cách giữa 2 giá đỡ là
40 mm. Tốc độ thử nghiệm là 2,0 mm/s, được cắt đến 15 mm, lực kích hoạt là 0,5 N, thời
gian giữ là 0 giây với chiều dày mẫu là 15 mm. Lưu đồ một đỉnh cực đại được lấy làm
thước đo độ cứng bánh, trong khi lưu đồ thể hiện nhiều đỉnh chỉ ra độ dính bột [12]. Các
mẫu đo được thực hiện ba lần và kết quả là giá trị trung bình của các lần đo.
2.2.9.17 Xác định tỷ lệ tiêu hóa tinh bột và bánh quy trên mô hình enzyme (In vitro): tinh
bột hoặc bột bánh quy nghiền (mô phỏng sự nhai) được tiêu hóa thông qua quy trình tiêu
hóa tinh bột tĩnh được mô phỏng theo hệ tiêu hóa trong ống nghiệm bằng enzyme -
amylase tuyến tụy và amyloglucosidase [265], [262]. Sau tiêu hóa, tinh bột được chia làm
3 loại: tinh bột tiêu hóa nhanh (RDS, % tinh bột tiêu hóa ở 20 phút), tinh bột tiêu hóa
chậm (SDS, % tinh bột tiêu hóa ở 120 phút - % tinh bột tiêu hóa ở 20 phút) và tinh bột
kháng (RS, 100% - % tinh bột tiêu hóa ở 120 phút) được tính toán. Chuẩn hóa thành tổng
hàm lượng tinh bột với hệ số 0,9. Sử dụng phương pháp của Englyst (1992). Trộn 0,3
gam mẫu với 20 ml đệm acetate (pH 5.2), đun cách thủy ở 950
C trong 30 phút. Dịch hồ
để nguội được trộn với 5ml hỗn hợp enzym α-amylase (1400 U/ml) và amyloglucosidase
(13 AGU/ml) pha trong đệm. Mẫu được ủ trong tủ lắc ổn nhiệt ở 37°C. Dịch tinh bột sau
khi thủy phân 20 phút và 120 phút sẽ được lấy 0,5ml, dừng hoạt động enzyme bằng 20
ml cồn 66%, sau đó xác định tổng lượng glucose bằng phương pháp axit phenol- sulfuric.
Kết quả thu được 2 chỉ số tương ứng là G20 và G120. Sau 120 phút, phần dịch hồ còn lại
được gia nhiệt các trong bể ổn nhiệt 30 phút, làm lạnh 15 phút rồi trộn với 10 ml KOH
7M để lạnh 30 phút và lắc mỗi 10 phút. Lấy 1 ml dịch thêm 10 ml axít acetic 0,5M và 0,2
ml amyloglucosidase (50 AGU/ml). Tiếp tục ủ dịch ở 70o
C, 20 phút để phân giải hoàn
toàn. Ngừng hoạt động của enzyme ở 95o
C, 10 phút. Dịch sau đó được làm nguội, ly tâm
1500×g trong 15 phút. Pha loãng 40 lần và xác định nồng độ glucose tổng (TG). Các giá
trị thu được G20, G120 và TG được sử dụng để tính toán cho RDS, SDS và RS như sau:
RDS = G20 x 0.9
SDS= (G120 − G20) x 0.9
RS = (TG − G120) x 0.9](https://image.slidesharecdn.com/nghincusnxuttinhbtkhngtiuhattinhbtuxanhvngdngtrongchbinthcphm-230721165255-10c79ead/75/Nghien-c-u-s-n-xu-t-tinh-b-t-khang-tieu-hoa-t-tinh-b-t-d-u-xanh-va-ng-d-ng-trong-ch-bi-n-th-c-ph-m-94-2048.jpg)
![79
Đường chuẩn xây dựng bằng phương pháp axit phenol- sulfuric ở nồng độ dãy chuẩn là
0, 20, 40, 80, 100 mg/ml, đo ở bước sóng 490 nm.
2.2.9.18 Xác đinh chỉ số đường huyết (Glycemic index, GI) của tinh bột và bánh quy trên
mô hình chuột (In vivo): chuột nhắt trắng Swiss mua tại Viện Pasteur thành phố Hồ Chí
Minh được dùng trong phân tích in vivo là loại 5-7 tuần tuổi, cân nặng từ 25-28 g/con.
Mỗi con được nuôi ngăn riêng trong điều kiện ánh sáng được kiểm soát (12 giờ tối và 12
giờ sáng) trong thời gian 1 tuần để ổn định thể trạng trong điều kiện nuôi dưỡng bình
thường trước khi thí nghiệm. Cỡ mẫu chuột được xác định theo Arifin (2017) [352]. Lô
chuột được chia thành 8 nhóm để chạy mẫu trắng, mẫu glucose và 6 khoảng thời gian
khác nhau, mỗi nhóm được bố trí 3 con chuột/ mẫu. Trước khi tiến hành thí nghiệm, chuột
được để nhịn đói 24 giờ. Chuột được cho ăn lượng 1,5g/kg thể trọng (khoảng 0,5 ml dịch
mẫu 7,5% khối lượng/thể tích) bằng việc cho uống qua đường miệng bằng dụng cụ
chuyên dụng đưa thẳng vào dạ dạy. Dịch tinh bột tự nhiên 7,5% và dung dịch glucose
7,5% được dùng làm mẫu kiểm soát. Đo chỉ số đường huyết trước và sau khi cho ăn dịch
tinh bột hoặc dịch mẫu bánh nghiền mịn ở khoảng thời gian 30 phút, 60 phút, 90 phút,
120 phút và 180 phút bằng bộ kiểm tra đường huyết (Roche Ltd, Basel, Switzerland). Tất
cả quy trình nghiên cứu này được Ủy ban Chăm sóc và Sử dụng động vật tại Trường Đại
học Quốc tế, Đại học Quốc Gia Thành phố Hồ Chí Minh chấp thuận. Các giá trị chênh
lệch về lượng đường glucose ( mg/dl) giải phóng trong máu trước và sau khi chuột ăn
sẽ được biểu diễn qua biểu đồ tương ứng với các khoảng thời gian đo. Chỉ số đường huyết
(% GI) của chuột sau ăn được xác định là tỷ lệ % giữa phần diện tích vùng dưới đường
cong phản ứng đường huyết với trực hoành và phần diện tích tạo ra của đường cơ sở tham
chiếu (glucose hoặc mẫu bánh đối chứng) với trục hoành dựa trên quy trình được báo cáo
bởi Hung (2021). [262].
2.2.9.19 Đánh giá cảm quan với bánh quy (theo Giuberti, 2015 có sửa đổi [266]): sử
dụng phép thử thị hiếu người tiêu dùng gồm 100 thành viên, tuổi từ 22 - 39 tuổi đã sử
dụng ít nhất 2 lần bánh quy/ tuần. Các buổi đánh giá được thực hiện trong phòng thí
nghiệm tiêu chuẩn được trang bị các buồng cảm nhận cá nhân dưới ánh sáng trắng. Các
mẫu được chuẩn bị sau một ngày nướng, được dán nhãn với mã ba chữ số ngẫu nhiên.
Phiếu đánh giá về mức độ ưa thích của bánh theo thang 9 điểm. Các thuộc tính đánh giá
gồm hình thức bên ngoài (màu sắc bề mặt, độ nhám và sự hiện diện của vết nứt), cấu trúc](https://image.slidesharecdn.com/nghincusnxuttinhbtkhngtiuhattinhbtuxanhvngdngtrongchbinthcphm-230721165255-10c79ead/75/Nghien-c-u-s-n-xu-t-tinh-b-t-khang-tieu-hoa-t-tinh-b-t-d-u-xanh-va-ng-d-ng-trong-ch-bi-n-th-c-ph-m-95-2048.jpg)
![81
CHƯƠNG 3 KẾT QUẢ VÀ BÀN LUẬN
Đặc tính tinh bột của các giống đậu xanh khác nhau
Để có thể chọn lựa được loại tinh bột đậu xanh phù hợp cho nghiên cứu sản xuất RS, 8
giống đậu xanh phổ biến nhất hiện đang trồng ở Việt Nam được đánh giá thành phần hóa
học của hạt, thành phần và tính chất của tinh bột. Kết quả được thể hiện dưới đây:
3.1.1 Thành phần hóa học của hạt và của tinh bột thu nhận từ 8 giống đậu xanh
Bảng 3.1 Thành phần hóa học của hạt từ 8 giống đậu xanh1,2,3
Mẫu Protein Lipid Tro Carbohyd
-rate
Đường
tổng
Xơ thô Tinh bột
tổng
MB1 25,7 ± 0,1d
2,02 ± 0,10cd
3,58 ± 0,01bc
68,7 ± 0,1c
4,64 ± 0,05b
17,7 ± 0,1d
39,8 ± 0,4b
MB2 24,1 ± 0,1b
1,73 ± 0,09a 3,43 ± 0,03a
70,8 ± 0,1e
5,73 ± 0,04de
18,7 ± 0,1f
40,4 ± 0,3b
MB3 26,2 ± 0,1e
1,88 ± 0,06b
3,80 ± 0,01d
68,1 ± 0,1b
5,24 ± 0,10c
16,8 ± 0,2ab
38,5 ± 0,3a
MB4 25,9 ± 0,1d
1,80 ± 0,09ab
3,54 ± 0,06b
68,8 ± 0,1c 4,34 ± 0,06a
16,7 ± 0,1a
40,2 ± 0,4b
MB5 26,8 ± 0,3f
1,92 ± 0,03bc
4,32 ± 0,13f 67,0 ± 0,3a
5,96 ± 0,16e
18,2 ± 0,1e
41,7 ± 0,4c
MB6 26,7 ± 0,3f
1,86 ± 0,01ab
4,15 ± 0,08e
67,3 ± 0,3a
6,41 ± 0,15f
17,8 ± 0,1d
38,6 ± 0,2a
MB7 23,6 ± 0,2a
2,11 ± 0,09d
3,49 ± 0,01ab
70,8 ± 0,2e
5,60 ± 0,27d
16,9 ± 0,1b
41,8 ± 0,1c
MB8 24,6 ± 0,1c
2,13 ± 0,09d
3,68 ± 0,04c 69,6 ± 0,1d
5,32 ± 0,14c
17,1 ± 0,1c
43,1 ± 0,5d
1
MB1, MB2, MB3, MB4, MB5, MB6, MB7, MB8 tương ứng với giống đậu xanh TN182,
DXVN7, DX208, DX14, KPS1, V123, T135, DX044.
2
Các chữ cái sau số liệu khác nhau thể hiện sự khác nhau đáng kể trong cùng một cột với
mức ý nghĩa p<0,05.
3
Tính theo % chất khô
Kết quả xác định thành phần hóa học của 8 giống đậu xanh phổ biến ở Việt Nam được
trình bày ở Bảng 3.1. Số liệu từ Bảng trên cho thấy, hàm lượng protein trong nhóm đậu
xanh khảo sát thay đổi từ 23,6%-26,8%. Kết quả này phù hợp với kết quả nghiên cứu của
Tiwari (2012) (23,86 - 27,5%) và Nair (2013) [267] (24%). Do vậy, các giống đậu xanh
Việt Nam được xác định là loại có hàm lượng protein tương đương với các giống đậu
nước ngoài. Hàm lượng lipid tổng và tro của đậu xanh trong nghiên cứu này cao hơn so
với nghiên cứu trước đó [268] có thể do sai khác về giống và nơi trồng. Carbohydrate là
thành phần chính trong hạt chiếm 67 - 70,8% và có sự khác biệt giữa các giống đậu khảo
sát. Các giá trị thu được tương đồng với kết quả trong nghiên cứu trên đậu xanh của Nair
(2013) [267] và công bố của USDA (2018) [269]. Hàm lượng đường khác biệt nhiều ở
các mẫu (4,34 - 6,41%) và có giá trị thấp hơn so với kết quả nghiên cứu của Ganesan
(2018) [268] (6,6%). Tinh bột tổng chiếm 38,5 - 41,8% tổng khối lượng hạt đậu xanh](https://image.slidesharecdn.com/nghincusnxuttinhbtkhngtiuhattinhbtuxanhvngdngtrongchbinthcphm-230721165255-10c79ead/75/Nghien-c-u-s-n-xu-t-tinh-b-t-khang-tieu-hoa-t-tinh-b-t-d-u-xanh-va-ng-d-ng-trong-ch-bi-n-th-c-ph-m-97-2048.jpg)
Uploaded byMan_Ebook
Nghiên cứu sản xuất tinh bột kháng tiêu hóa từ tinh bột đậu xanh và ứng dụng trong chế biến thực phẩm
Luận án nghiên cứu sản xuất tinh bột kháng từ đậu xanh, xác định giống đậu xanh dx044 là phù hợp nhất với hàm lượng tinh bột lớn và khả năng làm giàu tinh bột kháng cao. Phương pháp kết hợp enzyme và vi sóng đạt hiệu quả cao trong việc tăng hàm lượng tinh bột kháng đến 52,8%, đồng thời cho kết quả đáng khích lệ khi ứng dụng trong chế biến bánh quy không gluten, không đường. Kết quả cho thấy có thể giảm chỉ số đường huyết khi thay thế một phần bột gạo bằng tinh bột đậu xanh giàu tinh bột kháng.
More Related Content
Similar to Nghiên cứu sản xuất tinh bột kháng tiêu hóa từ tinh bột đậu xanh và ứng dụng trong chế biến thực phẩm
Nghiên cứu sản xuất tinh bột kháng tiêu hóa từ tinh bột đậu xanh và ứng dụng trong chế biến thực phẩm
- 1. ĐẠI HỌC QUỐCGIA TP. HỒ CHÍ MINH TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA NGUYỄN THỊ MAI HƯƠNG NGHIÊN CỨU SẢN XUẤT TINH BỘT KHÁNG TIÊU HÓA TỪ TINH BỘT ĐẬU XANH VÀ ỨNG DỤNG TRONG CHẾ BIẾN THỰC PHẨM LUẬN ÁN TIẾN SĨ TP. HỒ CHÍ MINH - NĂM 2022
- 2. ĐẠI HỌC QUỐCGIA TP. HCM TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA NGUYỄN THỊ MAI HƯƠNG NGHIÊN CỨU SẢN XUẤT TINH BỘT KHÁNG TIÊU HÓA TỪ TINH BỘT ĐẬU XANH VÀ ỨNG DỤNG TRONG CHẾ BIẾN THỰC PHẨM Chuyên ngành: Công nghệ thực phẩm Mã số chuyên ngành: 62540101 Phản biện độc lập 1: PGS. TS. Trần Thanh Trúc Phản biện độc lập 2: PGS. TS. Hoàng Kim Anh Phản biện 1: PGS. TS. Lê Trung Thiên Phản biện 2: PGS. TS. Lê Nguyễn Đoan Duy Phản biện 3: PGS. TS. Nguyễn Thúy Hương NGƯỜI HƯỚNG DẪN: 1. PGS.TS Phạm Văn Hùng 2. PGS.TS Phan Ngọc Hòa
- 3. i LỜI CAM ĐOAN Tácgiả xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của bản thân tác giả. Các kết quả nghiên cứu và các kết luận trong luận án này là trung thực, và không sao chép từ bất kỳ một nguồn nào và dưới bất kỳ hình thức nào. Việc tham khảo các nguồn tài liệu đã được thực hiện trích dẫn và ghi nguồn tài liệu tham khảo đúng quy định. Tác giả luận án Chữ ký Nguyễn Thị Mai Hương
- 4. ii TÓM TẮT LUẬNÁN Đậu xanh là loại nguyên liệu giàu tinh bột với hàm lượng amylose (AM) cao. Đặc điểm này của đậu xanh được xác định là nguồn nguyên liệu phù hợp để làm giàu tinh bột kháng. Tinh bột kháng (RS) là loại tinh bột thoát khỏi quá trình tiêu hóa của ruột non ở một cơ thể khỏe mạnh và được lên men ở ruột già bởi hệ vi sinh vật đường ruột tạo thành các acid béo mạch ngắn. Lợi ích của tinh bột kháng không chỉ nằm ở tác dụng có lợi cho sức khỏe người tiêu dùng mà còn thể hiện tính chất chức năng ưu việt trong chế biến các sản phẩm thực phẩm. Mục tiêu của luận án là tìm kiếm loại đậu xanh phù hợp cho hoạt động làm giàu RS, khảo sát các điều kiện xử lý tinh bột bằng enzyme pullulanase kết hợp với gia nhiệt ẩm bằng vi sóng để tạo RS, đồng thời ứng dụng loại tinh bột giàu RS sau biến đổi trong chế biến bánh quy không gluten, sinh đường thấp. Theo đó, 8 giống đậu xanh phổ biến ở Việt Nam được xác định thành phần hóa học, hình thái, thành phần và cấu trúc phân tử để chọn loại phù hợp. Giống đậu xanh lựa chọn sẽ được tách tinh bột bằng phương pháp ướt có sự hỗ trợ làm sạch của Na2CO3 0,2%, NaOH 0,1%, NaHSO3 0,15% và nước cất. Kết quả chỉ rõ, giống đậu xanh DX044 là loại được lựa chọn cho các nghiên cứu tiếp theo vì có hàm lượng tinh bột lớn (43,1%), % amylose (%AM) cao (32,9%), hàm lượng RS sẵn có lớn (13,0%), cấu trúc phân tử của tinh bột thể hiện sự phù hợp như mức độ polyme hóa trung bình của toàn hạt thấp (DPn ̅̅̅̅̅ = 1001) và chiều dài nhánh trung bình amylopectin (AP) lớn (CLn ̅̅̅̅̅ = 40) với mức độ phân nhánh nhiều ở đoạn DP13-36. Dùng NaHSO3 0,15% là chất hỗ trợ cho quá trình tách tinh bột cho kết quả về mức độ tinh sạch cao mà không ảnh hưởng đến hình thái, thành phần và cấu trúc phân tử của hạt tinh bột. Tinh bột thu nhận được làm giàu RS bằng cách xử lý kết hợp enzyme-vi sóng tại các thông số tốt nhất thu được từ việc khảo sát các yếu tố ảnh hưởng trong từng biện pháp đơn lẻ. Kết quả cho hàm lượng RS (49%) ở phương pháp kết hợp lớn hơn so với việc chỉ xử lý cắt mạch AM bằng vi sóng (22,3%) hay cắt nhánh amylopectin (%AP) bằng enzyme (39,8%). Điều kiện xử lý tinh bột trong phương pháp kết hợp là 30 upun/g, tỷ lệ tinh bột/ đệm là 1/20, 16 giờ ở giai đoạn đầu bằng enzyme, sau đó sấy tinh bột đến độ ẩm 20% và xử lý vi sóng ở 35W/g trong 3 phút. Tiếp tục làm giàu RS bằng việc khảo sát ảnh hưởng của nhiệt độ thoái hóa hồ tinh bột ở các nhiệt độ khác nhau (+28o C, +4o C và -18o C). Kết quả thể hiện nhiệt độ thoái hóa thấp cho hàm lượng RS cao hơn so với nhiệt độ phòng. Thoái hóa ở +4o C giúp mẫu tinh bột đậu xanh tăng hàm lượng RS lên 26,4%, 46,1% và
- 5. iii 52,8% tương ứngvới các phương pháp vi sóng, enzyme và kết hợp enzyme-vi sóng. Sự gia tăng RS có thể là do sự cắt nhánh AP của enzyme và cắt mạch AM bằng gia nhiệt ẩm vi sóng tạo ra nhiều các chuỗi mạch thẳng đủ dài (DP 13-36) sắp xếp lại phân tử một cách có trật tự, hình thành xoắn kép và tăng % tinh thể, thay đổi dạng tinh thể. Tinh bột đậu xanh giàu RS tạo ra từ phương pháp kết hợp enzyme-vi sóng có khả năng thay thế 30% bột gạo theo khối lượng trong công thức bánh quy không gluten, không đường. Bánh quy được thay thế tinh bột đậu xanh giàu RS cho tỷ lệ đường kính/ bề dầy (D/H) của bánh, thể tích, độ cứng, màu sắc, cảm quan về trạng thái bên ngoài, cấu trúc, mùi, vị và mức độ chấp nhận tương đương với bánh sử dụng bột mỳ và đường saccharose. Việc thay thế tinh bột đã làm giảm chỉ số đường huyết (GI) xuống còn 51,7% khi thử nghiệm trên chuột. Có thể kết luận rằng giống đậu xanh DX044 thu nhận tinh bột bằng phương pháp ướt có sử dụng chất hỗ trợ làm sạch NaHSO3 0,15% phù hợp để sản xuất RS. Phương pháp làm giàu tốt nhất là kết hợp enzyme-vi sóng theo các thông số xác định và thoái hóa ở +4o C. Tinh bột đậu xanh giàu RS (52,8%) tạo ra có thể sản xuất dòng bánh quy không đường, không gluten với chỉ số đường huyết thấp.
- 6. iv ABSTRACT Mung bean, akind of food material containing a high amount of high-amylose starch, has been considered a suitable source for producing resistant starch (RS). The RS is a fraction of starch that is resistant to digestive enzymes in the small intestine and delivered intact to the colon to be fermented by microflora in the large intestine. The benefits of resistant starch are not only physiological effects but also functional properties in food processing. The objective of this study was to find suitable mungbean for RS enrichment, treatment conditions of the combination of debranching and microwave to generate RS, and applied RS-rich mungbean starch after modification for non-gluten and low-carb cookie processing. In this study, eight popular mungbean varieties in Vietnam were used and find out the most suitable one for producing RS following chemical composition, morphology, composition, and molecular structure. The starch is isolated using different cleaning compounds that include Na2CO3 0.2%, NaOH 0.1%, NaHSO3 0.15%, and distilled water added in the soaking stage. The result showed that the mungbean variety DX044 was rich in starch (43.1%), and was used to create RS because of its highest AM content (32.6%), the low average degree of polymerization (DPn ̅̅̅̅̅ = 1001), and average chain-length distribution of amylopectin (CLn ̅̅̅̅̅ = 40; DP 13-36). The suitable cleaning agent for starch isolation was 0.15% NaHSO3, which did not affect the morphology and molecular structure of the starch granules. The starch was then RS-enriched by a combined enzyme-microwave treatment at the combined conditions obtained from investigating the influencing factors in each of the individual methods. The results %RS of the combination of the debranching and microwave treatment was 49%, higher than using only microwaves treatment (22.3%) or enzymes treatment (39.8%). The starch treatment condition was the activity of 30 upun/g, a starch-buffer solution ratio of 1/20 for 16 h in enzyme treatment, starch was dried to 20% moisture content and microwave treatment at 35 W/g of the mung bean starch for 3 min. The treated starch retrograded at +28o C, +4o C, and -18o C significantly increased RS content compared with the control without retrogradation. The RS contents of mung bean starch after treatment by microwave, debranching, or a combination of debranching and microwave and then retrograded at +4o C were 26.4%, 46.1%, and 52.8%, respectively. In these treatment methods, the treatment conditions significantly were created many linear chains long
- 7. v enough (DP 13-36)to enable molecular rearrangement, double helix formation, and an increase in crystallinity. The A-type crystalline structure of the native mung bean starch remained unchanged under microwave treatment, whereas the crystalline structure changed to B+V type after debranching treatment or combination treatment. RS-rich mung bean starch created by the enzyme-microwave combination method has the potential to replace 30% of rice flour by weight in a gluten-free, sugar-free cookie recipe. RS-rich mung bean starch cookie can give the spread ratio, volume, hardness, color, appearance, texture, odor, taste, and acceptability comparable to the sugary and flour- based one. Replacing the modified starch reduced the glycemic index (GI) by 51.7%. In conclusion, the starch from mung bean variety DX044, isolated using the method with soaking in NaHSO3 0.15%, was the most suitable for RS production were using the combination of debranching and microwave treatment followed by retrogradation at 4o C. The RS-rich mung bean starch was good substituted material for rice flour to produce the gluten-free, and low glycemic index cookies.
- 8. vi LỜI CÁM ƠN Vớilòng biết ơn sâu sắc tôi xin bày tỏ lời cám ơn đến PGS.TS. Phạm Văn Hùng, PGS.TS. Phan Ngọc Hòa đã định hướng, dẫn dắt, chỉ bảo và tạo mọi điều kiện thuận lợi nhất cho tôi trong suốt quá trình nghiên cứu. Đồng thời, tôi xin trân trọng cảm ơn Quý Thầy Cô trong Ban giám hiệu, Quý Thầy Cô Khoa Kỹ thuật Hóa học, Viện Công nghệ Sinh học và Thực phẩm, Bộ môn Công nghệ Thực phẩm của Trường Đại học Bách khoa, Đại học Công nghiệp Thành phố Hồ Chí Minh đã hỗ trợ tài chính, trang thiết bị, địa điểm và đóng góp ý kiến cho nghiên cứu trong quá trình thực hiện thí nghiệm và viết bài luận văn này. Nhân đây, tôi cũng xin gửi lời cảm ơn chân thành đến các anh chị trong các đơn vị đo lường, thực nghiệm đã tạo điều kiện cho tôi được trực tiếp thí nghiệm trên thiết bị đơn vị có như Trung tâm Phân tích và Chuyển giao Công nghệ thuộc Trường Đại học Nguyễn Tất Thành, Viện Hóa, Trường Đại học Quốc tế, Trung tâm Công nghệ Nano, Khu Công nghệ cao, Công ty Sài Gòn Sourdough. Cuối cùng tôi xin gửi lời cảm ơn đến gia đình, bạn bè và đồng nghiệp đã động viên, chia sẻ khó khăn trong thời gian tôi thực hiện luận án. Một lần nữa tôi xin trân trọng cảm ơn!
- 9. vii MỤC LỤC DANH MỤCHÌNH ẢNH……………………………………………………………....x DANH MỤC BẢNG BIỂU............................................................................................ xii DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT............................................................................... xiv MỞ ĐẦU ...........................................................................................................................1 CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU, MỤC TIÊU VÀ NHIỆM VỤ NGHIÊN CỨU………………………………………………………………...……4 Đậu xanh và tinh bột đậu xanh ............................................................................4 1.1.1 Đậu xanh .......................................................................................................4 1.1.2 Tinh bột đậu xanh..........................................................................................8 Giới thiệu về tinh bột kháng ..............................................................................22 1.2.1 Khái niệm, phân loại và cấu trúc của tinh bột kháng..................................22 1.2.2 Tính chất chức năng của tinh bột kháng .....................................................24 1.2.3 Tác dụng sinh lý của tinh bột kháng trong cơ thể người.............................26 1.2.4 Các yếu tố ảnh hưởng đến sự hình thành tinh bột kháng (RS) ...................28 Các phương pháp tạo tinh bột kháng .................................................................31 1.3.1 Giới thiệu chung các phương pháp .............................................................31 1.3.2 Phương pháp xử lý ẩm nhiệt bằng vi sóng..................................................34 1.3.3 Phương pháp cắt nhánh bằng pullulanase ..................................................41 1.3.4 Giới thiệu các phương pháp kết hợp...........................................................45 1.3.5 Quá trình thoái hóa hồ tinh bột và mối liên hệ với hàm lượng RS.............49 Sử dụng tinh bột kháng vào sản phẩm thực phẩm.............................................51 1.4.1 Giới thiệu chung về các ứng dụng của tinh bột kháng vào thực phẩm.......51 1.4.2 Khả năng ứng dụng của tinh bột kháng từ đậu đỗ ......................................53 1.5 Nhận định từ tổng quan, mục tiêu và nhiệm vụ của đề tài………………… ...54 CHƯƠNG 2 VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU..............................56 Vật liệu...............................................................................................................56 2.1.1 Nguyên liệu .................................................................................................56 2.1.2 Hóa chất.......................................................................................................57 2.1.3 Dụng cụ, thiết bị..........................................................................................58 Phương pháp nghiên cứu ...................................................................................59
- 10. viii 2.2.1 Sơ đồnội dung nghiên cứu .........................................................................59 2.2.2 Phương pháp thu nhận tinh bột đậu xanh....................................................62 2.2.3 Phương pháp tách tinh bột đậu xanh có sử dụng các chất hỗ trợ làm sạch.63 2.2.4 Phương pháp làm giàu tinh bột kháng từ đậu xanh bằng vi sóng...............64 2.2.5 Phương pháp làm giàu tinh bột kháng từ đậu xanh bằng enzyme ..............66 2.2.6 Phương pháp làm giàu tinh bột kháng từ đậu xanh bằng kết hợp enzyme và vi sóng .....................................................................................................................69 2.2.7 Phương pháp xác định ảnh hưởng của quá trình thoái hóa đến khả năng làm giàu tinh bột kháng ..................................................................................................70 2.2.8 Phương pháp sản xuất bánh quy .................................................................70 2.2.9 Các phương pháp phân tích.........................................................................72 Xử lý số liệu.......................................................................................................80 CHƯƠNG 3 KẾT QUẢ VÀ BÀN LUẬN ................................................................81 Đặc tính tinh bột của các giống đậu xanh khác nhau.........................................81 3.1.1 Thành phần hóa học của hạt và tinh bột thu nhận từ 8 giống đậu xanh .....81 3.1.2. Hình thái và kích thước của tinh bột thu nhận từ 8 giống đậu xanh………..84 3.1.3 Thành phần và cấu trúc phân tử của tinh bột thu nhận từ 8 giống đậu xanh..85 3.1.4 Đặc tính lý-hóa của 8 loại tinh bột thu nhận...............................................87 3.1.5 Hàm lượng tinh bột kháng của 8 loại tinh bột thu nhận..............................89 Tách tinh bột đậu xanh bằng phương pháp sử dụng chất hỗ trợ làm sạch.........90 3.2.1 Hiệu suất thu nhận và thành phần hóa học của các mẫu tinh bột đậu xanh tách với các chất hỗ trợ làm sạch khác nhau ...........................................................91 3.2.2 Hình thái của tinh bột đậu xanh thu nhận từ việc sử dụng các loại chất hỗ trợ làm sạch...................................................................................................................93 3.2.3 Thành phần, cấu trúc phân tử của các mẫu tinh bột đậu xanh ....................95 Xử lý tinh bột đậu xanh bằng phương pháp vi sóng: ảnh hưởng của một số điều kiện xử lý đến hàm lượng RS và cấu trúc của tinh bột ...............................................99 3.3.1 Ảnh hưởng của mức năng lượng vi sóng đến hàm lượng RS và sự thay đổi trong cấu trúc phân tử của tinh bột..........................................................................99 3.3.2 Ảnh hưởng của độ ẩm tinh bột khi vi sóng đến hàm lượng RS và sự thay đổi trong cấu trúc phân tử của tinh bột........................................................................102 3.3.3 Ảnh hưởng của thời gian vi sóng đến hàm lượng RS và sự thay đổi trong cấu trúc phân tử của tinh bột........................................................................................105
- 11. ix Xử lý tinhbột đậu xanh bằng phương pháp enzyme: ảnh hưởng của một số điều kiện cắt nhánh đến hàm lượng RS và cấu trúc của tinh bột ......................................108 3.4.1 Ảnh hưởng của nồng độ enzyme đến hàm lượng RS và cấu trúc phân tử của tinh bột……………………………………………….…………………………..108 3.4.2 Ảnh hưởng của tỷ lệ tinh bột: đệm đến hàm lượng RS và cấu trúc của tinh bột ...................................................................................................................110 3.4.3 Ảnh hưởng của thời gian thủy phân bằng enzyme đến hàm lượng RS và cấu trúc của tinh bột.....................................................................................................113 Xử lý tinh bột đậu xanh bằng phương pháp đơn lẻ và kết hợp giữa enzyme và vi sóng: ảnh hưởng của điều kiện xử lý đến hàm lượng RS và cấu trúc kết tinh của tinh bột ..........................................................................................................................114 Thoái hóa tinh bột đậu xanh: ảnh hưởng của nhiệt độ thoái hóa đến hàm lượng RS và cấu trúc phân tử của tinh bột...........................................................................119 3.6.1 Ảnh hưởng của nhiệt độ thoái hóa đến hàm lượng RS và sự thay đổi chỉ số đường huyết của tinh bột.......................................................................................119 3.6.2 Ảnh hưởng của nhiệt độ thoái hóa đến hình thái và cấu trúc phân tử của hạt tinh bột………………………………………………………………..………….122 Ứng dụng tinh bột đậu xanh có RS cao trong sản xuất bánh quy không đường, không gluten: ảnh hưởng của lượng tinh bột thay thế đến chất lượng và chỉ số đường huyết của bánh…………………………………………………….………………..129 3.7.1 Ảnh hưởng của hàm lượng tinh bột đậu xanh có RS cao đến tính chất vật lý của bánh quy..........................................................................................................130 3.7.2 Ảnh hưởng của hàm lượng tinh bột đậu xanh có RS cao đến đặc tính cấu trúc của bánh quy..........................................................................................................132 3.7.3 Đánh giá chất lượng sản phẩm bánh quy..................................................135 CHƯƠNG 4 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ............................................................142 Kết luận............................................................................................................142 Kiến nghị..........................................................................................................142 DANH MỤC CÔNG TRÌNH ĐÃ CÔNG BỐ ..............................................................144 TÀI LIỆU THAM KHẢO.............................................................................................145 PHỤ LỤC ......................................................................................................................173
- 12. x DANH MỤC HÌNHẢNH Hình 1.1 Cấu trúc của amylose và amylopectin..............................................................10 Hình 1.2 Sơ đồ nguyên lý cơ sở tổ chức của hạt tinh bột................................................12 Hình 1.3 Các kiểu đóng gói khác nhau của các tinh thể xoắn kép trong loại A, B và biểu hiện trên phổ XRD...........................................................................................................13 Hình 1.4 Đồ thị thể hiện đặc tính hồ điển hình của tinh bột ...........................................17 Hình 1.5 Mô tả vị trí tiêu hóa và mức đáp ứng đường huyết của các loại tinh bột.........17 Hình 1.6 Mô hình cấu trúc của các loại tinh bột kháng...................................................22 Hình 1.7 Hiệu ứng chức năng nổi bật của việc tiêu thụ tinh bột kháng..........................27 Hình 1.8 Ảnh hưởng của tinh bột kháng đến sức khỏe...................................................27 Hình 1.9 Sơ đồ liệt kê các phương pháp biến đổi tinh bột nhằm gia tăng RS ................31 Hình 1.10 Sơ đồ của hiệu ứng làm nóng nhanh bởi vi sóng lên cấu trúc tinh bột. .........36 Hình 1.11 Sơ đồ các bước thực hiện trong làm giàu tinh bột kháng bằng vi sóng .........37 Hình 1.12 Hoạt động của enzyme pullulanase................................................................42 Hình 1.13 Mô tả hoạt động của enzyme cắt liên kết 1,6 glycosidic trong phân tử AP...42 Hình 1.14 Sơ đồ cấu trúc kết tinh của tinh bột cắt nhánh (DBS)....................................42 Hình 1.15 Sơ đồ các bước thực hiện trong làm giàu tinh bột kháng bằng enzyme pullulanase.......................................................................................................................42 Hình 1.16 Biểu đồ thoái hóa của phân tử AM ................................................................49 Hình 1.17 Mô hình một phần của mạng AM (a) và mạng AP (b) thoái hóa...................49 Hình 2.1 Sơ đồ nội dung nghiên cứu...............................................................................60 Hình 2.2 Sơ đồ quy trình thu nhận tinh bột đậu xanh .....................................................62 Hình 2.3 Sơ đồ quy trình khảo sát quá trình tách và tinh sạch tinh bột đậu xanh có hỗ trợ của các chất làm sạch.......................................................................................................64 Hình 2.4 Sơ đồ quy trình biến đổi tinh bột trong làm giàu RS bằng vi sóng..................65 Hình 2.5 Sơ đồ quy trình biến đổi tinh bột trong làm giàu RS bằng enzyme .................67 Hình 2.6 Sơ đồ quy trình làm giàu RS bằng enzyme kết hợp vi sóng ............................65 Hình 2.7 Sơ đồ quy trình khảo sát ảnh hưởng của nhiệt độ thoái hóa đến hàm lượng RS và cấu trúc phân tử của tinh bột.......................................................................................70 Hình 3.1 Hình thái hạt tinh bột của 8 giống đậu xanh.....................................................84 Hình 3.2 Độ trương nở của các loại tinh bột đậu xanh ...................................................87 Hình 3.3 Hàm lượng tinh bột kháng (RS) của các loại tinh bột......................................89 Hình 3.4 Hiệu suất thu nhận tinh bột khi sử dụng các loại chất hỗ trợ làm sạch............91 Hình 3.5 Hình thái hạt tinh bột thu nhận từ việc sử dụng các loại chất hỗ trợ làm sạch 94 Hình 3.6 Hàm lượng AM của tinh bột thu nhận từ việc sử dụng các loại chất hỗ trợ làm sạch ..................................................................................................................................95
- 13. xi Hình 3.7 PhổXRD của tinh bột thu nhận từ việc sử dụng các loại chất hỗ trợ làm sạch....96 Hình 3.8 Phổ FTIR của tinh bột thu nhận từ việc sử dụng các loại chất hỗ trợ làm sạch...97 Hình 3.9 Hàm lượng RS của tinh bột thu nhận khi thay đổi mức năng lượng vi sóng...99 Hình 3.10 Hàm lượng AM của tinh bột thu nhận khi thay đổi mức năng lượng vi sóng..100 Hình 3.11 Hàm lượng RS của tinh bột thu nhận khi thay đổi độ ẩm tinh bột trong vi sóng .......................................................................................................................................103 Hình 3.12 Hàm lượng AM của tinh bột thu nhận khi thay đổi độ ẩm tinh bột trong vi sóng .......................................................................................................................................104 Hình 3.13 Hàm lượng RS của tinh bột có thời gian vi sóng khác nhau………………. .106 Hình 3.14 Hàm lượng AM của tinh bột có thời gian vi sóng khác nhau ......................106 Hình 3.15 Phổ Xray của tinh bột biến đổi từ các phương pháp ....................................116 Hình 3.16 Phổ FTIR của tinh bột biến đổi từ các phương pháp....................................118 Hình 3.17 Hình thái hạt tinh bột từ các phương pháp biến đổi.....................................118 Hình 3.18 Chênh lệch đường huyết trung bình của chuột sử dụng các mẫu tinh bột thoái hóa .................................................................................................................................122 Hình 3.19 Chỉ số đường huyết của chuột khi sử dụng các mẫu tinh bột thoái hóa ở nhiệt độ khác nhau..................................................................................................................122 Hình 3.20 Hình thái hạt tinh bột biến đổi bằng các phương pháp và thoái hóa ở nhiệt độ khác nhau.......................................................................................................................123 Hình 3.21 Phổ XRD của tinh bột sau thoái hóa ở nhiệt độ và phương pháp biến đổi khác nhau ...............................................................................................................................124 Hình 3.22 Phổ FTIR của tinh bột sau thoái hóa ở nhiệt độ và phương pháp biến đổi khác nhau ...............................................................................................................................126 Hình 3.23 Phổ cộng hưởng từ hạt nhân-NMR rắn của các mẫu tinh bột thoái hóa ......127 Hình 3.24 Một số hình ảnh của các mẫu bánh có sử dụng loại bột khác nhau. ............131 Hình 3.25 Hình ảnh mặt cắt ngang của các mẫu bánh quy. ..........................................135 Hình 3.26 Chênh lệch đường huyết của chuột trong thời gian tiêu hóa các mẫu bánh quy .......................................................................................................................................138 Hình 3.27 Chỉ số đường huyết của chuột khi ăn các mẫu bánh quy .............................138
- 14. xii DANH MỤC BẢNGBIỂU Bảng 1.1 Đặc điểm đặc trưng của một số giống đậu xanh phổ biến ở Việt Nam .………5 Bảng 1.2 Sản xuất đậu xanh ở một số nước Đông Nam Á, 2016 – 2017..........................6 Bảng 1.3 Hình dạng, kích thước và trạng thái bề mặt của hạt tinh bột đậu xanh..............9 Bảng 1.4 Bảng chỉ số mô tả cấu trúc phân tử của tinh bột đậu xanh được trồng ở một số quốc gia............................................................................................................................11 Bảng 1.5 Cấu trúc phân tử trong tổ chức hạt của một số loại tinh bột đậu xanh ............14 Bảng 1.6 Đặc tính trương nở và hòa tan của tinh bột đậu xanh ......................................15 Bảng 1.7 Đặc tính hồ của tinh bột đậu xanh ...................................................................16 Bảng 1.8 Khả năng tiêu hóa bằng in vitro của một số loại tinh bột đậu xanh.................18 Bảng 1.9 Bảng hiệu suất, thành phần hóa học của tinh bột đậu xanh có nguồn gốc và phương pháp thu nhận khác nhau....................................................................................21 Bảng 1.10 Tính chất chức năng của các chế phẩm thương mại RS2 và RS3 .................25 Bảng 1.11 Xử lý thủy nhiệt với các loại tinh bột đậu đỗ.................................................33 Bảng 1.12 Xử lý ẩm nhiệt bằng vi sóng với các loại tinh bột .........................................39 Bảng 1.13 Xử lý cắt nhánh bằng pullulanase với các loại tinh bột.................................44 Bảng 1.14 Xử lý bằng các phương kết hợp với các loại tinh bột....................................47 Bảng 1.15 Lợi ích của tinh bột kháng trong các sản phẩm RS thương mại....................52 Bảng 2.1 Bảng các hóa chất được sử dụng trong nghiên cứu .........................................57 Bảng 2.2 Bảng dụng cụ, thiết bị sử dụng trong nghiên cứu............................................58 Bảng 2.3 Bảng các yếu tố cố định trong phương pháp xử lý tinh bột bằng vi sóng ...…65 Bảng 2.4 Bảng bố trí thí nghiệm khảo sát về mức năng lượng vi sóng đến %RS……. .66 Bảng 2.5 Bảng bố trí thí nghiệm khảo sát về độ ẩm tinh bột đến %RS………………. .66 Bảng 2.6 Bảng bố trí thí nghiệm khảo sát về thời gian vi sóng đến %RS …….……….66 Bảng 2.7 Bảng các yếu tố cố định trong phương pháp xử lý tinh bột bằng enzyme. …….68 Bảng 2.8 Bảng bố trí thí nghiệm khảo sát về nồng độ enzyme đến %RS ………… ….68 Bảng 2.9 Bảng bố trí thí nghiệm khảo sát về tỷ lệ tinh bột/đệm đến %RS................….68 Bảng 2.10 Bảng bố trí thí nghiệm khảo sát về thời gian thủy phân đến %RS ................69 Bảng 2.11 So sánh hình thái, cấu trúc của các mẫu tinh bột có RS cao nhất ở các phương pháp xử lý đơn lẻ và kết hợp …………………………………………………………..69 Bảng 2.12 Bảng thành phần nguyên liệu trong công thức bánh quy …………………..71 Bảng 2.13 Các phương pháp xác định thành phần hóa học và chỉ tiêu vi sinh …………..72 Bảng 3.1 Thành phần hóa học của hạt từ 8 giống hạt đậu xanh......................................81 Bảng 3.2 Hiệu suất tách tinh bột và thành phần hóa học của 8 loại tinh bột đậu xanh...82 Bảng 3.3 Thành phần và cấu trúc phân tử của tinh bột thu nhận từ 8 giống đậu xanh...86 Bảng 3.4 Đặc tính hồ của 8 loại tinh bột đậu xanh .........................................................88 Bảng 3.5 Thành phần hóa học của tinh bột thu nhận từ việc sử dụng các loại chất hỗ trợ làm sạch ...........................................................................................................................92
- 15. xiii Bảng 3.6 Kíchthước và màu sắc của hạt tinh bột thu nhận từ việc sử dụng các loại chất hỗ trợ làm sạch.................................................................................................................93 Bảng 3.7 Một số chỉ số thể hiện cấu trúc phân tử của hạt tinh bột đậu xanh thu nhận từ việc sử dụng các loại chất hỗ trợ làm sạch......................................................................97 Bảng 3.8 DPn và sự phân bố nhánh trong AP của tinh bột biến đổi ở các mức năng lượng vi sóng khác nhau ..........................................................................................................101 Bảng 3.9 DPn và sự phân bố nhánh trong AP của tinh bột biến đổi theo các mức độ ẩm tinh bột trong vi sóng.....................................................................................................105 Bảng 3.10 DPn và sự phân bố nhánh trong AP của tinh bột được xử lý ở các mức thời gian vi sóng....................................................................................................................107 Bảng 3.11 Hàm lượng RS, AM, DP13-36 và DPn của tinh bột biến đổi theo các nồng độ enzyme...........................................................................................................................108 Bảng 3.12 Sự phân bố chiều dài mạch của tinh bột được biến đổi theo các nồng độ enzyme .......................................................................................................................................109 Bảng 3.13 Hàm lượng RS, AM, DP13-36 và DPn của tinh bột được xử lý theo các tỷ lệ tinh bôt/đệm...................................................................................................................111 Bảng 3.14 Sự phân bố chiều dài mạch của tinh bột được xử lý theo các tỷ lệ tinh bột/đệm .......................................................................................................................................112 Bảng 3.15 Hàm lượng RS, AM, DP13-36 và DPn của tinh bột được xử lý theo các thời gian thủy phân ...............................................................................................................113 Bảng 3.16 Sự phân bố chiều dài mạch của tinh bột được xử lý theo các thời gian thủy phân ...............................................................................................................................114 Bảng 3.17 Hàm lượng RS, AM, DPn và phân bố chiều dài mạch của AP ở điều kiện xử lý tốt nhất của 3 phương pháp .......................................................................................115 Bảng 3.18 Một số chỉ số thể hiện cấu trúc phân tử của tinh bột xác định bằng XRD và FTIR tại các điều kiện xử lý tốt nhất của 3 phương pháp .............................................117 Bảng 3.19 Mức độ tiêu hóa ống nghiệm của tinh bột sau thoái hóa .............................120 Bảng 3.20 Một số chỉ số thể hiện cấu trúc phân tử của tinh bột sau thoái hóa thông qua việc phân tích phổ XRD và FTIR..................................................................................125 Bảng 3.21 Một số chỉ số thể hiện cấu trúc phân tử của tinh bột thoái hóa thông qua việc phân tích phổ13CNMR..................................................................................................128 Bảng 3.22 Kết quả đo màu của bánh quy ở các công thức thay thế tinh bột đậu xanh giàu RS ..................................................................................................................................130 Bảng 3.23 Đặc tính vật lý và cơ lý của các mẫu bánh quy............................................132 Bảng 3.24 Mức độ tiêu hóa thử nghiệm trong ống nghiệm của các mẫu bánh quy.….136 Bảng 3.25 Điểm đánh giá cảm quan của các mẫu bánh quy.........................................139 Bảng 3.26 Thành phần hóa học của các mẫu bánh quy ................................................140 Bảng 3.27 Chỉ tiêu vi sinh và kim loại nặng của bánh quy có tỷ lệ thay thế tinh bột đậu xanh giàu RS tốt nhất (RS30)........................................................................................141
- 16. xiv DANH MỤC CÁCTỪ VIẾT TẮT AM Amylose AMG Amyloglucosidase AP Amylopeptin DPn ̅̅̅̅̅ Average Degree of Polymerization – mức độ trùng hợp trung bình CLn ̅̅̅̅̅ Average Chain Length - chiều dài chuỗi trung bình RDS Rapid Digestible Starch – Tinh bột tiêu hóa nhanh SDS Slow Digestible Starch – Tinh bột tiêu hóa chậm RS Resistant Starch – Tinh bột kháng (tiêu hóa) GI Glycemic Index- chỉ số đường huyết In vitro Thử nghiệm trong ống nghiệm In vivo Nghiên cứu trên động vật WHO World Health Organization – Tổ chức Y tế thế giới USDA United States Department of Agriculture – Bộ Nông nghiệp Hoa Kì HMT Heat moisture- Nhiệt ẩm DMSO dimethyl sulfoxide OSA 1-octenyl succinic anhydride FAO Food and Agricultural Organization – Tổ chức Nông lương Liên Hiệp Quốc SEM Scanning Electron Microscope – Kính hiển vi điện tử quét XRD X-Ray Diffraction- Nhiễu xạ tia X FTIR Fourier Transform Infrared Spectroscopy- Quang phổ hồng ngoại biến đổi Fourier LDS Laser Diffraction particle Size distribution- Phân bố kích thước hạt bằng laze 13CNMRsolid 13C Nuclear Magnetic Rosonance solid- Cộng hưởng từ hạt nhân chất rắn HPAEC-PAD High Performance Anion Exchange Chromatography with Pulsed Amperometric Detection- Sắc ký trao đổi ion hiệu năng cao đầu dò xung điện ĐvG Đơn vị glucose TB Tinh bột ĐX Đậu xanh PUL Pullulanase ISA TPHH DO DD Isoamylase Thành phần hóa học Degree of order- Mức độ trật tự phân tử trong phân tích FTIR Degree of double helix- Mức độ xoắn kép trong phân tích FTIR
- 17. 1 MỞ ĐẦU Hiện naybệnh đái tháo đường, thừa cân, béo phì và ung thư đại trực tràng đang trở thành những bệnh phổ biến trên thế giới nói chung và ở Việt Nam nói riêng. Hội đái tháo đường Quốc tế (IDF) thống kê năm 2019 có hơn 463 triệu người mắc bệnh, trong đó có 1,6 triệu người chết/năm và dự đoán tử vong lớn vào năm 2030. Một trong những nguyên nhân gây ra vấn đề này là do khẩu phần ăn liên quan đến tinh bột. Về thừa cân, béo phì, có đến 35,8 triệu ca mắc bệnh và 2,8 triệu người chết/năm với độ tuổi ngày càng trẻ hóa [1]. Số liệu của WHO năm 2018 [2] cũng chỉ ra rằng hằng năm có 1,8 triệu ca tử vong về ung thư đại trực tràng, đứng thứ 3 trong số 9,6 triệu ca tử vong/năm về các bệnh ung thư. Thói quen sử dụng nhiều tinh bột có thể dẫn đến nguy cơ mắc những căn bệnh trên đây ngày càng lớn hơn. Do đó, giới nghiên cứu ngày càng quan tâm hơn đến việc tạo các sản phẩm từ tinh bột có khả năng sinh đường thấp [3]. Phần tinh bột thoát khỏi quá trình tiêu hóa ở ruột non và được xác định không thể tiêu hóa được trong vòng 120 phút gọi là tinh bột kháng tiêu hóa - RS. Tinh bột kháng là nguồn carbohydrate không tiêu hóa dồi dào nhất, rất tốt cho các bệnh nhân đái tháo đường và có thể quan trọng như NSP (polysacarit không chứa tinh bột). Chúng làm tăng cường hấp thu khoáng và ngăn ngừa các bệnh viêm ruột, ung thư đại trực tràng (IBD) [4]. Tiềm năng của RS không chỉ như một chất xơ ăn kiêng mà chúng có nhiều chức năng sinh lý tốt khác. Chẳng hạn như RS có khả năng tăng sinh vi khuẩn tạo các axit béo chuỗi ngắn (SCFAs) trong đó có butyric giúp hỗ trợ sức khỏe đường ruột [5], [6], [7]. RS không chỉ thể hiện tác dụng sinh lý kể trên mà còn có những tính chất chức năng đặc biệt trong chế biến thực phẩm [8], [9]. Tùy thuộc vào phương pháp biến đổi tinh bột tạo RS mà những tính chất này có thể khác nhau. Tuy nhiên các tính chất nổi trội chủ yếu có ích trong việc cải thiện chất lượng trong các sản phẩm bánh khô thường được đề cập là kích thước hạt mịn, mùi dễ chịu, màu trắng, nhiệt độ hồ hóa cao, khả năng liên kết nước kém, trương nở tốt, tạo gel tốt, giữ kết cấu giòn, xốp [10], [11], [12]. Sản phẩm thực phẩm có nguồn tinh bột được thay thế bằng RS có thể đem lại sự cải thiện về một số chỉ tiêu chất lượng trong sản xuất đồng thời còn giữ vai trò như một prebiotic mang lại lợi ích cho sức khỏe người tiêu dùng [13], [14], [15], [16], [17]. Các đặc tính sinh lý, tính chất chức năng cũng như hàm lượng RS khác nhau tùy thuộc
- 18. 2 vào nguồn gốc,loại nguyên liệu và phương pháp biến đổi [18]. Do vậy, các nhà khoa học không ngừng tìm kiếm nguồn nguyên liệu tại khu vực để gia tăng lượng tinh bột kháng này. Đậu xanh được biết đến với lợi thế là nguồn tinh bột lớn và khó tiêu [19], [20], [21], [22]. Ủy ban về chế độ ăn lành mạnh từ hệ thống thực phẩm bền vững (The EAT-Lancet Commission on Healthy Diets from Sustainable Food Systems) kết luận rằng mức tiêu thụ các loại đậu trên toàn cầu sẽ tăng gấp đôi vào năm 2050 [24]. Ở Việt Nam nguồn cung nguyên liệu này khá dồi dào do điều kiện tự nhiên và khí hậu thích hợp. Số liệu năm 2018 thống kê diện tích trồng là 80.339 ha, với tổng sản lượng là 83,668.8 tấn/năm [25]. Ưu thế của việc chọn đậu xanh làm nguồn tạo RS còn nằm ở chỗ khả năng tách và làm sạch tinh bột dễ dàng. Hơn thế nữa hạt tinh bột đậu xanh nhẵn, mịn, nhỏ, hàm lượng amylose (AM), RS cao, phân bố nhánh của amylopectin (AP) trong khoảng 13-36 ĐvG lớn [26], [27], [28] là điều kiện tốt để làm giàu RS. Bên cạnh đó, về mặt tính chất chức năng, tinh bột đậu xanh còn thể hiện ưu điểm như độ trương nở thấp, tính chất hồ hóa tốt tạo độ đàn hồi, tạo gel tốt có thể thuận lợi cho việc ứng dụng vào các sản phẩm sợi hoặc bánh có độ ẩm thấp [12], [29], [30], [31]. Các đặc điểm vốn có của tinh bột đậu xanh như kể trên cần được nghiên cứu và làm rõ. Không chỉ tìm kiếm các nguồn nguyên liệu có nhiều lợi thế, các phương pháp làm giàu tinh bột kháng cần được chọn lọc cho phù hợp. Các tác nhân vật lý và enzym được quan tâm nhiều hơn so với các tác nhân hóa học trong việc gia tăng hàm lượng RS do tính an toàn trong tồn dư [3], [32], [33], [34]. Ưu điểm của các phương pháp này là hiệu quả cao nhưng nhược điểm là thời gian kéo dài và tốn kém. Sử dụng enzyme pullulanase là phương pháp hữu hiệu để cắt các nhánh trong phân tử AP tạo ra lượng mạch thẳng ngắn và trung bình- điều kiện để tăng khả năng xoắn, tạo độ kết tinh hình thành RS [35]. Trong khi đó, vi sóng là phương pháp gia nhiệt vật lý an toàn có lợi thế về thời gian xử lý ngắn, cắt mạch AM và tạo điều kiện cho các mạch ngắn sát nhau có thể dễ dàng tạo xoắn kép- một cơ sở làm tăng RS [36], [37], [38], [39]. Các phương pháp kết hợp tỏ ra hiệu quả hơn được nhiều nhà khoa học chú ý [13], [40], [41], [42]. Do vậy, sự kết hợp hai biện pháp enzyme và gia nhiệt bằng vi sóng để biến đổi loại tinh bột đậu xanh có hàm lượng AM cao với mục đích làm giàu RS và ứng dụng vào sản phẩm bánh quy không gluten, sinh đường thấp là một quy trình đáng quan tâm nghiên cứu.
- 19. 3 Chính vì vậy,luận án “Nghiên cứu sản xuất tinh bột kháng tiêu hóa từ tinh bột đậu xanh và ứng dụng trong chế biến thực phẩm” được thực hiện nhằm chọn được loại nguyên liệu đậu xanh được trồng tại Việt Nam phù hợp với việc gia tăng RS, đồng thời phát triển phương pháp làm giàu RS hiệu quả và ứng dụng trong chế biến bánh quy không gluten sinh đường thấp. Từ đó, có thể hiểu rõ hơn bản chất của sự hình thành RS sẵn có trong đậu xanh, ảnh hưởng của các thông số kỹ thuật trong quy trình biến đổi tinh bột trong làm giàu tinh bột kháng và tính chất chức năng của loại tinh bột sau biến đổi. Ý nghĩa thực tiễn: - Gia tăng giá trị của đậu xanh thông qua việc tạo sản phẩm tinh bột kháng. - Xây dựng được quy trình làm giàu tinh bột kháng bằng sự kết hợp xử lý tinh bột đậu xanh bằng enzyme và vi sóng. - Góp phần đa dạng hóa sản phẩm thực phẩm từ tinh bột đậu xanh giàu tinh bột kháng phục vụ cho đối tượng ăn kiêng và bệnh nhân đái tháo đường. Ý nghĩa khoa học: - Xác định được các chỉ dấu trong thành phần và cấu trúc phân tử để lựa chọn loại tinh bột đậu xanh phù hợp cho sản xuất tinh bột kháng. - Thiết lập phương pháp làm giàu tinh bột kháng bằng phương pháp enzyme có hỗ trợ vi sóng thông qua việc xác định quy luật ảnh hưởng của các thông số kỹ thuật đến thành phần và cấu trúc phân tử của tinh bột khi xử lý. - Xác định khả năng thay thế và cải thiện chất lượng bánh quy không đường, không gluten của tinh bột đậu xanh giàu tinh bột kháng.
- 20. 4 CHƯƠNG 1. TỔNGQUAN TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU, MỤC TIÊU VÀ NHIỆM VỤ NGHIÊN CỨU Đậu xanh và tinh bột đậu xanh 1.1.1 Đậu xanh 1.1.1.1 Giới thiệu chung Đậu xanh hay đỗ xanh (Mung bean, green gram) là tên thường gọi của loài Vigna radiata (L.) R. Wilczek. Theo Tổ chức Nông lương Thế giới (FAO), loài đậu xanh (Vigna radiata) bắt nguồn từ Ấn độ và Trung Á, sau đó lan sang nhiều khu vực khác của Châu Á. Sự phân bố rộng rãi của cây đậu xanh từ Châu Á đến Châu Phi, Châu Âu, Châu Úc là do cây đậu xanh có khả năng thích ứng rộng, chịu hạn khá và có thể thích nghi với các vùng có điều kiện khắc nghiệt [43]. Hơn thế nữa, các nốt sần trên rễ cây đậu xanh còn có khả năng cố định nitơ, cải tạo và làm giàu chất dinh dưỡng cho đất [43]. Nhưng hơn hết vẫn là hạt đậu xanh, sản phẩm quan trọng của quá trình canh tác cây, được sử dụng nhiều làm thực phẩm với các tác dụng dược lý xác định. Ở Việt Nam đậu xanh được trồng trên khắp cả nước từ Bắc chí Nam. Đây là loài cây rau quan trọng và là một loại đậu có giá trị đặc biệt trong văn hóa ẩm thực Việt Nam. Bên cạnh đó, do có ưu thế về chu kỳ sinh trưởng ngắn (60 – 80 ngày từ lúc mọc mầm đến chín), kỹ thuật canh tác đơn giản, trồng được nhiều vụ trong năm, dễ luân canh, tăng vụ, trồng xen, trồng gối với nhiều loại cây khác nên ngày càng được phát triển mạnh. Đậu xanh đã trở thành cây rất được ưa thích trong hệ thống đa canh hay khi chuyển dịch cơ cấu cây trồng. Cây đậu xanh (Vigna radiata) là một chi Đậu (đỗ) (Vigna) gồm có 3 thứ (phân loài): V. radiata var. Grandiflora; V. radiata var. Radiata; V. radiata var. Sublobata, phổ biến nhất là thứ V. radiata var. Radiata. Dưới thứ có nhiều giống khác nhau, được trồng, chọn lọc và lai tạo phù hợp với từng vùng đất. Các giống đậu xanh được trồng phổ biến ở Việt Nam có những đặc điểm đặc trưng thể hiện trong Bảng 1.1 dưới đây.
- 21. 5 Bảng 1.1 Đặcđiểm đặc trưng của một số giống đậu xanh phổ biến ở Việt Nam STT Giống đậu Đặc điểm hình thái 1 KPS1 Giống nhập nội của Thái Lan, dòng hạt to, xanh tối, chín tập trung, năng suất cao. Trồng nhiều ở miền Duyên hải Trung bộ. 2 V123 Giống dòng hạt xanh mỡ, hạt to, ruột vàng. Thời gian sinh trưởng 70 ngày. Trồng cả 3 vụ xuân, hè, thu đông, phổ biến ở cả vùng đồi núi, trung du và đồng bằng. 3 T135 Giống dòng hạt to, xanh mốc, sinh trưởng ngắn 65 - 75 ngày, phân cành khá 3 - 4 cành/ cây, năng suất cao, chịu thâm canh, chịu sâu bệnh khá. Số quả/ cây, số hạt/ quả cao, khối lượng 1000 hạt từ 45 - 65g. Trồng vụ đông và xuân ở miền Bắc và miền Trung (đất đồi, gò, bãi ven sông). 4 DX044 Giống nhập nội, thích ứng trên diện rộng khắp cả nước ở cả 3 vụ xuân, hè và thu. Cây cao 45 - 50 cm, thời gian sinh trưởng ở vụ xuân là 80 ngày, vụ hè là 75 - 80 ngày, vụ thu đông là 90 ngày. Hạt to, khối lượng 1000 hạt là 65 - 70g, đạt tiêu chuẩn xuất khẩu. 5 DX14 Giống nhập nội từ Hàn Quốc. Thích ứng trồng ở khu vực phía bắc. Sản lượng ổn định. 6 DX208 Giống cao sản nhập nội, loại chín sớm, chịu hạn, chịu nóng, chống đổ, chống chịu bệnh đốm lá và vàng lá tốt, trồng vụ Xuân và hè (60 - 75 ngày), năng suất từ 14 -17 tạ/ha, phù hợp với nhiều vùng đặc biệt vùng đất cát ven biển. Hạt to, mỡ bóng, ruột vàng, bở, 16 -18 quả/cây, khối lượng 1000 hạt 60 - 65g. 7 DXVN7 Giống lai tạo, chịu hạn cao, nhiệt độ cao, hạn chế đổ cây, hạt nhỏ, hình trụ, mốc ở vỏ hạt. Phù hợp với Bắc Trung bộ, năng suất cao, chín tập trung, thích hợp cho sản xuất các vụ Xuân, Hè và Đông. 8 TN182 Giống nhập nội, loại cao sản, 60 - 65 ngày, 3 vụ, trồng chủ yếu ở miền Nam. Trích nguồn: Trung tâm khảo nghiệm giống cây trồng Quốc Gia
- 22. 6 Tất cả cácgiống trên đây đều được Bộ Nông nghiệp và Phát triển Nông thôn quyết định là giống quốc gia qua sự đề xuất của Trung tâm Khảo kiểm nghiệm giống cây trồng quốc gia, Cục trồng trọt. Về sản lượng, Châu Á sản xuất gần 90% tổng sản lượng đậu xanh trên thế giới [44], trong đó Myanmar và Ấn độ chiếm hơn 50% [45]. Hầu hết lượng đậu xanh ở Ấn Độ dùng để tiêu thụ trong nước, trong khi Myanmar là nước xuất khẩu lớn nhất khu vực Châu Á, với mức tăng trung bình hàng năm là 28% (số liệu 2013 - 2014 của FAO, 2019) [44]. Theo Trung tâm nghiên cứu và phát triển rau quả Châu Á, đã có hơn 5.000 mẫu giống trong tập đoàn giống đậu xanh lớn nhất thế giới, trong đó có giống cho năng suất 18 - 25 tạ/ha và thâm canh có thể đạt gần 40 tạ/ha. Đông Nam Á là một trong những vùng lãnh thổ trồng nhiều đậu xanh (Bảng 1.2, [46]). Ở Việt Nam, đậu xanh là loại cây trồng đang được Chính phủ ưu tiên trong nhiều năm gần đây để đáp ứng nhu cầu chuyển đổi cơ cấu cây trồng ở một số địa phương (Quyết định số 150/2005/QĐ-TT ngày 20/6/2005). Cùng với quyết định của Chính phủ, Bộ Nông nghiệp đã đưa ra quyết định 3246/QĐ-BNN-KHCN về chiến lược nghiên cứu KHCN giai đoạn 2013 - 2020 đề cập đến việc phát triển cây, con theo thế mạnh của địa phương. Trong đó định hướng nghiên cứu và chuyển giao tiến bộ khoa học đến năm 2025 là chọn tạo và phát triển các giống đậu xanh năng suất 1,2 - 2,5 tấn/ha, chống chịu sâu bệnh tốt, ngắn ngày, chín tập trung, chất lượng tốt, có hàm lượng protein từ 20 - 22% thích hợp nhiều vùng sinh thái. Từ nhiều năm nay, việc nghiên cứu và đánh giá các mẫu nhập từ nước ngoài và thu thập trong nước đã được tiến hành ở các cơ sở nghiên cứu với số lượng 2.596 lượt mẫu giống. Một số giống đậu xanh mới có triển vọng được khảo nghiệm, tuyển Bảng 1.2 Sản xuất đậu xanh ở một số nước Đông Nam Á, 2016 – 2017 Nước Diện tích trồng (1000 ha) Sản lượng (1000 tấn) Năng suất trung bình (tấn/ha) Campuchia 45 54 1,18 Indonesia 207 244 1,18 Lào 2 3 - Philipin 42 35 0,84 Thái Lan 82 86 1,04 Việt Nam 83 92 1,11 Trích nguồn: Teresa Sequeros, 2021 [267]
- 23. 7 chọn, chọn lọc,thuần hóa trên từng vùng sinh thái và được Bộ Nông nghiệp và phát triển nông thôn cho phép đưa vào sản xuất. Diện tích trồng đậu xanh trong cả nước năm 2018 đạt 80.339 ha với năng suất bình quân đạt 1,1 triệu tấn/ha, sản lượng là 83,668.8 tấn [25]. Các tỉnh phía Bắc và Bắc Trung bộ tính đến Thừa Thiên Huế trồng với diện tích 24,817 ha, chiếm khoảng 31% diện tích trồng đậu xanh cả nước, năng suất đạt 0,98 tấn/ha. Nam Trung bộ và Nam bộ diện tích trồng cao hơn hẳn đạt 54,589.6 ha, năng suất 1,16 triệu tấn/ha, thu về 63,379.1 tấn (Viện Quy hoạch, thiết kế Nông nghiệp, 2018). Đậu xanh được sử dụng ở Việt Nam chủ yếu là sản xuất bánh khô (từ bột khô) hoặc nhân bánh (từ bột nhão nấu chín), miến (từ tinh bột) và làm giá đỗ (từ việc nảy mầm hạt đậu). 1.1.1.2 Thành phần hóa học của hạt đậu xanh Mỗi giống có đặc điểm hình thái, khả năng chống chịu, thích hợp với điều kiện thổ nhưỡng khác nhau. Hơn thế nữa, ở cùng một loại chủng giống nhưng được trồng ở các vùng địa lý khác nhau cũng có thành phần hóa học, đặc tính lý hóa cũng như giá trị dinh dưỡng không giống nhau [48], [19], [20], [49]. Hạt của các loại đậu xanh được đánh giá là nguồn dinh dưỡng rất phong phú, ngon, rẻ tiền vì chúng có lượng đạm cao hơn các loại ngũ cốc khác. Protein chiếm 24% so với tổng lượng hạt, trong đó chủ yếu là glubulin (60%) và albumin (25%), loại giàu các acid amin thiết yếu như phenylalanin, leucine, isoleucine, valine, arginine và lysine [48], [362]. Lượng carbohydrate cao, trong đó tinh bột chiếm phần lớn và cũng là nguồn dự trữ năng lượng chính. Ngoài ra, đậu xanh có nhiều xơ, ít béo, giàu vitamin B, sắt, kali, và các chất chống oxy hóa [44], [27]. Theo ước tính trung bình trong 100g ăn được, đậu xanh có chứa khoảng 49,6% carbohydrate, 15,4% chất xơ, 20,9% protein, 1,3% béo, và cung cấp khoảng 325 kcal. Các vi chất dinh dưỡng trong đó gồm 4,4 mg Fe, 139mg Mg, 350mg P, 180mg K, 1,62mg Zn, 1,16mg Cu, 620µg Folate trong 100g đậu xanh [49]. Nguồn tinh bột dồi dào trong đậu xanh (30 - 45% trong carbohydrate) đã được sử dụng rộng rãi trong thực tiễn sản xuất như miến, bánh khô [50], [51]. Các nghiên cứu chuyên sâu gần đây cho thấy tiềm năng và lợi ích khác của tinh bột đậu xanh khi chúng có chứa một lượng lớn tinh bột kháng tiêu hóa (Resistant Starch-RS) tự nhiên [52]. Điều này không chỉ mang lại cảm giác no mà còn giúp ổn định lượng đường trong máu và lượng
- 24. 8 insulin sau ăn.Có thể nói tinh bột đậu xanh trở thành lựa chọn tốt cho những người mắc bệnh đái tháo đường, đồng thời cải thiện tình trạng kháng insulin và quản lý cân nặng của cơ thể [26], [48]. Với những ưu điểm kể trên, nếu chỉ xem xét tinh bột đậu xanh dưới góc độ như một nguồn thực phẩm cung cấp protein hay năng lượng là chưa đủ, chúng còn nhiều đặc tính quý báu hơn từ loại RS. Hình thái, thành phần cấu trúc, tổ chức phân tử và đặc tính lý- hóa của tinh bột đậu xanh tự nhiên cần được đánh giá để có những tác động biến đổi phù hợp cho việc làm gia tăng hàm lượng RS [53]. Các đặc điểm này phụ thuộc nhiều vào chủng loại đậu và phương pháp tách tinh bột [54]. 1.1.2 Tinh bột đậu xanh 1.1.2.1 Hình thái, cấu trúc và tổ chức phân tử của hạt tinh bột • Hình thái của hạt tinh bột đậu xanh Đặc điểm hình thái bao gồm hình dáng, kích thước và trạng thái bề mặt hạt sẽ mang lại những hiểu biết căn bản về mối quan hệ của chúng với cấu trúc và tính chất của hạt tinh bột [53]. Hình dáng và trạng thái bề mặt hạt tinh bột trong các nghiên cứu được xác định bằng kính hiển vi điện tử quét (SEM) [56]. Nhìn chung, tinh bột đậu xanh đều có hình dạng hạt oval, elip hoặc hình cầu, trạng thái bề mặt nhẵn mịn, không rãnh, không lỗ, có thể có vết lõm hoặc không, phụ thuộc nhiều vào chủng loại và nguồn gốc của đậu xanh (Bảng 1.3). Kuriki và Imanaka (1999) nghiên cứu động học quá trình thủy phân tinh bột giải thích rằng bề mặt nhẵn mịn, phẳng, không lỗ hay rãnh, cũng là nguyên nhân của sự thủy phân hạn chế khi có enzyme tiêu hóa tấn công [61]. Sự phân bố kích thước hạt thường được xác định bằng cách sử dụng máy phân tích phân bố kích thước hạt nhiễu xạ laze (LDS) [55]. Kích thước hạt tinh bột đậu xanh có chiều dài từ 6,0 μm đến 60,0 μm với chiều rộng là 6,0 - 45,6 μm và có sự khác nhau ở vùng trồng (Bảng 1.3). Chẳng hạn như đậu xanh ở Canada có chiều dài hạt tinh bột từ 10,0 - 32 μm và chiều rộng là 7 - 20 μm [57], ở Mỹ là 11,0 - 32,4 μm và 11,0 - 19,2 μm [5] trong khi ở Ấn Độ là 10,0 - 49,2 μm và 7 - 30 μm [58]. So với tinh bột của các loại đậu khác, tinh bột đậu xanh là loại có kích thước nhỏ [59], [19]. Sandhu và Lim (2008) đã chỉ ra rằng hàm lượng RS của tinh bột họ đậu có tương quan nghịch với kích thước hạt tinh
- 25. 9 bột, cụ thể,hàm lượng RS tăng theo thứ tự là đậu bồ câu< đậu đen< đậu lăng< đậu Hà Lan< đậu gà < đậu xanh thì kích thước hạt tinh bột giảm tương ứng theo chiều ngược lại [60]. Một số nghiên cứu kết luận rằng do kích thước hạt tinh bột đậu xanh nhỏ hơn so với các loại tinh bột khoai tây và ngô nên khó hồ hóa hơn và đó là một nguyên nhân làm tăng tính kháng tiêu hóa [62], [27]. Như vậy, hình thái hạt tinh bột đậu xanh cũng có thể ảnh hưởng đến khả năng tiêu hóa của tinh bột, điều này phụ thuộc vào giống loại đậu xanh và vùng trồng. Bảng 1.3 Hình dạng, kích thước và trạng thái bề mặt của hạt tinh bột đậu xanh Nguồn gốc Chiều dài/ ĐK (µm) Chiều rộng (µm) Hình dạng Trạng thái bề mặt Tài liệu tham khảo Mỹ 11,0 - 32,4 11,0 - 19,2 Oval, elip, không đều Nhẵn mịn, không lỗ, Ma, 2017 [5] Canada 10,0 - 32,0 7 - 20 Tròn, oval, Nhẵn mịn, không lỗ Hoover, 2010 [53] Ấn Độ 10,0 - 49,2 7,0 - 30,0 Bầu dục, tròn, elip, không đều Có vết lõm trên hạt hình hạt đậu Andrabi, 2016 [58] Hàn Quốc 17 - 17,6 - Hình cầu và oval Trơn nhẵn, không rãnh Kim, 2018 [19] Ấn độ 16,2 - 17,1 - Oval lớn và tròn nhỏ Trơn nhẵn, không nứt Kaur, 2011 [63] Mỹ 19,3 - 22,7 - Hình hạt đậu, cầu Trơn nhẵn có rãnh Xu, 2013 [20] Thái Lan 22,09 - Oval Trơn nhẵn, không nứt Phrukwiwattanakul, 2014 [27] • Thành phần phân tử của hạt tinh bột đậu xanh Tinh bột nói chung được cấu tạo từ 2 thành phần chính là amylose (AM) và amylopectin (AP). AM là một polymer chủ yếu ở dạng mạch thẳng từ các đơn phân α-D- glucopyranose liên kết với nhau bằng liên kết α-1-4 glycosidic với một số ít nhánh nhỏ qua liên kết α-1-6 glycosidic (khoảng 0,1%). AP có cấu trúc phân nhánh cao với khoảng 5% liên kết phân nhánh α-1-6 glycosidic (Hình 1.1). Hizukuri (1986) [65] đã phân loại nhánh trong AP thành 3 loại A, B và C đồng thời đề xuất dạng tổ chức của chúng theo mô hình cụm (Hình 1.1). Nhánh A (DP 6−12) có mặt trong một cụm duy nhất và gắn vào nhánh B hoặc C thông qua các liên kết α-1-6 glycosidic. Nhánh B mang nhánh A hoặc nhánh B khác có thể là B1 (DP 13−24), B2 (DP 25−36) hoặc B3 (DP > 37), tùy thuộc vào độ dài và số cụm mà chúng mang. Nhánh B1,
- 26. 10 B2 và B3lần lượt là loại mở rộng ra một, hai và ba cụm. Nhánh C là nhánh mang đầu khử duy nhất trong phân tử AP. Hình 1.1 Cấu trúc của amylose và amylopectin Hình trái: cấu trúc của AM (EL-cực kỳ dài; L-dài; và S-chuỗi ngắn; Ø-đầu khử [64]. Hình phải: mô hình cụm của AP với chuỗi A (đỏ), B1 (xanh dương), B2 (tím) và B3 (xanh lá). Chuỗi mang đầu khử (Ø) là chuỗi C. -, liên kết α-1,4-glucan; →, liên kết α- 1,6 [65]. Hàm lượng AM trong đậu xanh phụ thuộc vào giống và vùng trồng. Từ Bảng 1.4, ta thấy tinh bột đậu xanh Trung Quốc trong nghiên cứu của Yao (2019) [21] có %AM từ 31,26 - 31,55%; Đậu xanh Hàn Quốc theo Kim (2018) [19] là 36,9 - 38,5%; Đậu xanh Mỹ theo Ma (2017) [5] là 38,63% trong khi đậu xanh Thái Lan theo Phrukwiwattanakul (2014) [27] chỉ là 24,56%. Với lượng AM này, đậu xanh có thể được xếp vào nhóm có %AM trung bình (20 - 35%) và cao (> 40%) theo phân loại của Hoover (2009) và Tester (2003) [53], [68] trên tinh bột ngũ cốc và củ. Hoặc phân loại theo Colussi (2014) [69] thì AM của đậu xanh ở mức cao (25 - 35%) và rất cao (> 35%). So với tinh bột đậu đỗ khác như đậu lăng, đậu gà, đậu ngựa thì đậu xanh có hàm lượng AM cao hơn [5], [19], [67]. AM là một trong những chỉ số quyết định đến tính chất lý-hóa và tính chất chức năng của tinh bột như đặc tính hồ, đặc tính nhiệt, độ trương nở, hòa tan và đặc biệt là khả năng kháng tiêu hóa [70]. Các nghiên cứu chỉ ra rằng, các phân tử AM có xu hướng kết tinh hoàn hảo, thoái hóa nhanh hơn AP. Điều đó dẫn đến khả năng tạo xoắn kép dễ dàng hơn, ngăn cản khả năng tiêu hóa của tinh bột [53], [72]. AM cao thường cho nhiệt độ hồ hóa, độ nhớt cuối và setback cao hơn [60], [27] và tạo độ ổn định hơn khi khuấy dẫn tới ứng dụng vượt trội khi dùng nó là chất làm đặc, làm dày trong công nghiệp thực phẩm [71]. Có thể nhận định rằng tinh bột giàu AM khi được thoái hóa sẽ ảnh hưởng không nhỏ đến việc tạo ra tinh bột kháng RS3 và tính chất lý-hóa của chúng. Đây là đặc điểm quan trọng cần quan tâm khi thực hiện mục đích làm giàu RS cho tinh bột đậu xanh.
- 27. 11 Không chỉ cóhàm lượng AM, chiều dài chuỗi trung bình (CLn ̅̅̅̅̅̅) và phần trăm phân bố của các nhánh trong phân tử AP cũng là những yếu tố quan trọng có thể xác định cấu trúc, chức năng và khả năng tiêu hóa của tinh bột [53], [66]. Bảng 1.4 Bảng chỉ số mô tả cấu trúc phân tử của tinh bột đậu xanh được trồng ở một số quốc gia Quốc gia AM (%) CLn ̅̅̅̅̅ của AP Phân bố chiều dài nhánh trong AP (%) Tác giả, năm DP 6- 12 (A) DP 13- 24 (B1) DP 25- 36 (B2) DP37 (B3) Trung Quốc 31,3 - 32,6 20,6 - 21,2 27,1 - 27,3 47,6 - 48,0 7,2 - 7,5 3,6 - 3,8 Yao, 2019 [21] Mỹ 38,63 19,20 28,03 52,56 11,15 8,27 Ma, 2017 [5] Hàn Quốc 36,9 - 38,5 21,1 - 23,0 25,9 - 32,7 39,6 - 42,5 13,8- 16,1 13,9 - 16,3 Kim, 2018 [19] Thái Lan 24,56 - 24,31 47,88 17,21 10,58 Phrukwiwattana kul, 2014 [27] Chiều dài chuỗi trung bình của AP (CLn ̅̅̅̅̅) trong tinh bột đậu xanh từ các nguồn khác nhau không có sự khác biệt đáng kể, dao động từ 19 – 23 đơn vị glucose (đvG) (Bảng 1.4). Nếu so với các loại tinh bột đậu đen, đậu Hà Lan, đậu gà hay đậu thận, CLn ̅̅̅̅̅ của đậu xanh dài hơn nhưng ngang bằng với các loại tinh bột đậu lăng, đậu ngựa, đậu faba và đậu lima [58], [19], [5]. Kim (2018) nhận thấy có mối liên hệ giữa AM, DPn ̅̅̅̅̅ và CLn ̅̅̅̅̅ của AP đến độ kết tinh tương đối, đặc tính hồ và đặc tính lưu biến của 5 loại đậu đũa và đậu xanh Hàn Quốc [19]. Sự phân bố chiều dài nhánh trong AP ở các loại đậu xanh có sự khác biệt (Bảng 1.4). Loại đậu xanh từ Trung Quốc và Mỹ có tỷ lệ nhánh B2 và B3 thấp hơn ở Hàn Quốc và Thái Lan. Kết quả các tác giả nhận thấy có sự khác biệt rõ ràng đến khả năng kháng tiêu hóa của tinh bột. So với các loại đậu khác như đậu gà, đậu đen và đậu lăng, đậu xanh có tỷ lệ nhánh A thấp và B3 cao hơn [5], [67]. Điều này có thể ảnh hưởng đến việc hình thành xoắn kép liên quan đến khả năng kháng tiêu hóa cao của đậu xanh. Về mối quan hệ giữa CLn ̅̅̅̅̅, % phân bố nhánh trong AP và RS, nghiên cứu của Chung (2008) nhận thấy tinh bột đậu gà có nhiều nhánh A và ít nhánh B1, B2 hơn so với tinh bột đậu Hà Lan và tinh bột đậu lăng nhưng có CLn ̅̅̅̅̅ thấp hơn dẫn đến lượng bột tiêu hóa nhanh (RDS) nhiều hơn và RS thấp hơn. Tác giả cũng khẳng định nếu tỷ lệ nhánh A cao thì %RS thấp, tốc độ thủy phân và chỉ số đường huyết (GI) cao. Khi đó, nhiệt độ hồ hóa thấp vì nhánh ngắn thường có trong vùng vô định hình, chúng không thể tạo thành chuỗi xoắn kép ổn định nên dễ dàng bị tấn công bởi các enzyme tiêu hóa [73]. Nhánh B1 cao có mối
- 28. 12 tương quan dươngvới tinh bột tiêu hóa chậm (SDS). Trong khi nhánh trung bình B2 và nhánh dài B3 dễ dàng hơn trong việc kết nối với nhau ở các cụm liền kề cũng có thể là nguyên nhân dẫn đến hàm lượng SDS, RS cao [74]. Các nhánh AP dài hơn và chuỗi AM nhiều có thể hình thành các liên kết xoắn kép dài hơn, kết nối các cụm, sắp xếp có trật tự và ổn định hơn nhờ các liên kết hydro và phân bố trên toàn bộ các vùng kết tinh, do đó dẫn đến một lượng lớn RS [73], [75]. Loại tinh bột kháng được xác định chủ yếu là cấu trúc kết tinh được đóng gói chặt chẽ theo mô hình xuyên tâm nên có thể hạn chế được khả năng tiếp cận của các enzyme tiêu hóa. Chính vì điều này, các tác giả đã kết luận rằng cấu trúc kết tinh, khả năng tạo xoắn kép được tạo ra từ sự khác biệt về thành phần AM và AP trong tinh bột sẽ có thể tạo ra tính chất lý-hóa và khả năng tiêu hóa khác nhau. Vì vậy, những tác động làm biến đổi thành phần và cấu trúc phân tử của tinh bột ở một chừng mực nhất định và có kiểm soát sẽ có thể tạo ra những thay đổi về khả năng thủy phân, mức độ tiêu hóa như mong đợi. • Tổ chức phân tử trong hạt tinh bột đậu xanh Nhánh C Nhánh B Nhánh A Liên kết α-1-6 glucosidic Liên kết α-1-4 glucosidic Cấu trúc phân tử Cấu trúc xoắn kép Amylopectin Amylose Liên kết α-1-4 glucosidic Cấu trúc phân tử Hạt tinh bột Mô hình phân bố nhánh Mô hình vòng tăng trưởng Liên kết α-1-4 glucosidic Phiến tinh thể Phiến vô định hình Miền vô định hình Miền vô định hình Phiến tinh thể Phiến vô định hình Vòng vô định hình Vòng bán tinh thể Hình 1.2 Sơ đồ nguyên lý cơ sở tổ chức của hạt tinh bột [76]. Các phân tử AM và AP được sắp xếp và tổ chức chặt chẽ hình thành nên hạt tinh bột. Hình 1.2 thể hiện mô hình về cấu trúc phân tử của hạt tinh bột với hilum là trung tâm hữu cơ của một hạt (Hình 1.2B). Xung quanh đó, AM và AP được tổng hợp hoàn toàn về phía ngoại vi (đầu không khử hướng ra phía ngoài bề mặt hạt) bằng cách định vị. Chuỗi nhánh
- 29. 13 AP được liênkết với nhau thành các tinh thể xoắn kép trong các cụm và được tổ chức thành một cấu trúc được gọi là lamellae- phiến tinh thể. AM xen kẽ và đan xen với AP, có mặt ở các vùng vô định hình [76]. Nhiễu xạ tia X của tinh bột phân chia theo các loại A, B và C được quan sát cho thấy sự khác biệt trong tổ chức của hạt tinh bột là do sự thay đổi trong các kiểu đóng gói của các tinh thể xoắn ốc kép. Nói chung, cấu trúc loại A (đặc trưng cho tinh bột hạt ngũ cốc), với tỷ lệ nhánh ngắn (DP 6−12) trong AP lớn hơn. Ở đó có các tinh thể xoắn ốc kép, dày đặc, liên kết hydro trực tiếp giữa các đoạn mạch và được đóng gói trong mạng kết tinh đơn hình. Cấu trúc loại B (đại diện cho tinh bột củ hoặc tinh bột giàu AM), với tỷ lệ nhỏ hơn các nhánh A và B1 trong AP. Trong cấu trúc loại B có các tinh thể xoắn ốc kép được tổ chức trong một ô mạng cơ sở hình lục giác, liên kết hydro giữa các phân tử và thông qua cầu nước (Hình 1.3). Góc nhiễu xạ (o ) Cường độ nhiễu xạ Loại A (20% H20) Loại B (20% H20) Hình 1.3 Các kiểu sắp xếp khác nhau của các tinh thể xoắn kép trong loại A và B [77] và biểu hiện trên phổ XRD [78] Tinh bột đậu nói chung đa phần là loại C, loại hỗn hợp của A và B ở các tỷ lệ khác nhau thể hiện ở sự thay đổi trong tọa độ, độ cao và độ rộng của peak trong nhiễu xạ tia X [73]. Cấu trúc C là loại trung gian, thường có tổ chức loại B ở trung tâm của hạt và loại A ở vùng ngoại biên. Loại A được đặc trưng bởi góc nhiễu xạ 2θ với đỉnh kép ở 17 - 18o và đỉnh đơn ở 23°, trong khi loại B sở hữu đỉnh đơn ở 5o , 17° và 22,5o . Loại C có đỉnh đơn ở 5o và đỉnh kép ở 17-18o [79] (Hình 1.3). Các nghiên cứu đã chứng minh rằng tinh bột loại B, C có khả năng kháng enzyme tiêu hóa cao hơn, do độ kết tinh cao hơn trong khi tinh bột loại A đặc trưng cho loại tiêu hóa nhanh hoặc chậm [5], [79], [53]. Tinh bột đậu xanh có nguồn gốc khác nhau thể hiện sự tồn tại cả 2 dạng cấu trúc A và C với độ kết tinh lớn (Bảng 1.5). Bảng 1.5 cũng thể hiện đậu xanh Trung Quốc (nhưng có thể các giống khác nhau) trong nghiên cứu của các tác giả khác nhau có sự khác biệt trong A B
- 30. 14 dạng cấu trúcphân tử và mức độ kết tinh. Đây cũng là một đặc điểm để chọn lựa cho việc tăng tính kháng với tinh bột đậu xanh. Bảng 1.5 Cấu trúc phân tử trong tổ chức hạt của một số loại tinh bột đậu xanh Nguồn gốc Loại tinh thể Độ kết tinh (%) Tài liệu tham khảo Thái Lan A - Phrukwiwattanakul, 2014 [27] Trung Quốc/ Thái Lan A 20,80 - 21,6 Li, 2011; Bernabé, 2011 Trung Quốc A 34,52 Liu, 2020 [26], [80], [81] Ấn Độ C 29,2 - 43,94 Sandhu & Lim, 2008 [60] Hàn Quốc C 29,5 - 30,4 Kim, 2018 [19] Mỹ C 33,4 - 33,9 Xu, 2013 [20] Trung Quốc C 17,22 Zou, 2019 [22] Trung Quốc C 29,5 - 30,4 Yao, 2019 [21] Tóm lại, do thành phần hóa học, đặc điểm hình thái, thành phần, cấu trúc phân tử và tổ chức của hạt tinh bột mà đậu xanh có khả năng kháng tốt hơn so với tinh bột ngũ cốc hoặc tinh bột từ củ có thể bởi 4 lý do sau: (1) không có lỗ, rãnh trên bề mặt hạt, (2) tính đồng nhất và nhỏ về kích thước hạt [82], (3) các biến thể rộng về số lượng tinh thể C với độ kết tinh cao [79] và (4) hàm lượng AM, chiều dài nhánh trong AP, sự thay đổi trong tương tác các chuỗi và tổ chức hạt liên quan đến hoạt động thủy phân bởi enzyme amylase. 1.1.2.2 Tính chất lý-hóa của tinh bột • Độ trương nở và độ hòa tan Độ trương nở và độ hòa tan của tinh bột là những tính chất liên quan chặt chẽ đến tỷ lệ và tương tác chuỗi của phần kết tinh và vô định hình của hạt. Khi tinh bột được làm nóng trong nước, các hạt thấm nước và trương nở. Khi đó, các liên kết bên trong và lực liên kết bị suy yếu bởi năng lượng nhiệt thu được [5], [83]. Điều này gây ra sự giải phóng AM trong vùng vô định hình (độ hòa tan) làm tăng độ nhớt trong suốt quá trình trương nở [53]. Độ trương nở và hòa tan cao được quy cho cấu trúc tổ chức trong hạt tinh bột lỏng lẻo và khối lượng phân tử AM thấp [84]. Do vậy, độ trương nở và độ hòa tan sẽ tăng lên khi nhiệt độ gia tăng và không có hiện tượng trương nở hoặc giải phóng AM xảy ra ở dưới 60°C với tinh bột họ đậu (Bảng 1.6; [83], [5]). Các yếu tố ảnh hưởng đến đặc tính này gồm nguồn gốc thực vật, tỷ lệ AM/AP, DPn ̅̅̅̅̅, CLn ̅̅̅̅̅, sự sắp xếp trong tổ chức hạt và tạp chất trong tinh bột [85].
- 31. 15 Độ trương nởvà hòa tan của tinh bột đậu xanh cao hơn các loại tinh bột đậu đỗ khác do %AM, nhánh B1, B2 trong AP cao hơn [86] (Bảng 1.6), nhưng so với tinh bột bắp và tinh bôt gạo thì chúng có độ trương nở và độ hòa tan thấp hơn [83]. Tính chất này phù hợp để sản xuất miến tạo ra độ giòn dai và lâu vỡ cấu trúc hơn khi sử dụng hoặc những sản phẩm nướng có độ giòn xốp cao [54]. Bảng 1.6 Đặc tính trương nở và hòa tan của tinh bột đậu xanh 50 - 55o C 60 - 65o C 70 - 75o C 80 - 85o C 90 - 95o C Tài liệu tham khảo Khả năng trương nở (g/g) 3,8 4,2 13,8 17,9 21,1 Li, 2011 [26] 2,09 3,50 8,72 15,79 19,86 Abdel-Rahman, 2008 [54] 2,11 2,73 5,40 24,20 25,64 Zou, 2019 [22] Khả năng hòa tan (%) 0,8 1,4 6,2 20,3 28,3 Li, 2011 [26] 1,33 2,30 11,71 17.11 25,60 Abdel-Rahman, 2008 [54] 0,59 0,72 3,36 13,61 14,28 Zou, 2019 [22] • Đặc tính hồ Đặc tính hồ đề cập cụ thể đến những thay đổi về độ nhớt trong tinh bột sau khi gia nhiệt trước và sau hồ hóa do quá trình trương nở, phá vỡ và giải phóng các phân tử. Máy phân tích nhớt (Rapid Visco Analyzer – RVA hoặc Micro Visco Amylo Graph - MVAG) thường được sử dụng để kiểm tra. Theo đó, chu trình gia nhiệt và làm mát được cài đặt để đo sự tác động của mẫu với ứng suất trượt có kiểm soát và mô phỏng các điều kiện chế biến thực phẩm nhằm dự đoán tính hợp lý cho việc sử dụng tinh bột. Một sơ đồ mô tả đặc tính hồ bao gồm 2 giai đoạn. Giai đoạn 1 là quá trình gia nhiệt từ 50°C đến 95°C với tốc độ 6°C/phút. Trong giai đoạn này độ nhớt ban đầu tăng lên cao nhất (peak viscosity), sau đó giảm ở giai đoạn chuyển pha (through viscosity) và đạt giá trị thấp nhất - mức giảm độ nhớt khi đun nóng (breakdown viscosity) [87]. Giai đoạn 2 là quá trình làm mát từ 95°C xuống 50°C với tốc độ 6°C/phút. Lúc này độ nhớt lại tăng lên và đạt giá trị cao nhất được gọi là setback viscosity - mức tăng nhớt khi làm nguội và giảm ở độ nhớt cuối cùng (final viscosity) [88] (Hình 1.4). Kết quả trước đó ghi nhận rằng so với tinh bột ngũ cốc, bột nhão hình thành từ tinh bột đậu đỗ có xu hướng thoái hóa cao, khó trương nở và vỡ nở trong khi nấu hơn [75]. So sánh với RVA của ngô và sắn, Li (2020) [67] chỉ ra rằng tinh bột đậu Hà Lan, đậu lăng
- 32. 16 và faba hiểnthị peak vis (105,9 - 145,4 RVU) và breakdown (7,5 - 28,8 RVU) thấp hơn nhưng setback vis (106 – 182 RVU) và final vis (202,9 - 298,6 RVU) lớn hơn. Nhiệt độ ( o C) Độ nhớt (cP) Độ nhớt cuối Độ nhớt đỉnh Thời gian (phút) Nhiệt độ hóa hồ Thời gian đạt đỉnh nhớt Nhiệt độ Độ nhớt chuyển pha Chênh lệch độ nhớt nóng Chênh lệch độ nhớt nguội Hình 1.4. Đồ thị thể hiện đặc tính hồ điển hình của tinh bột [88] (đường--- thể hiện sự thay đổi về nhiệt độ; _ thể hiện sự thay đổi về độ nhớt) Bảng 1.7 Đặc tính hồ của tinh bột đậu xanh Nhiệt độ hồ hóa (o C) Nhớt đỉnh (RVU/cP) Nhớt nóng (RVU/cP) Nhớt cuối (RVU/cP) Nhớt nguội (RVU/ cP) Tài liệu tham khảo 74,0 2059 - 2122 501 - 630 3046 - 3033 1580 - 1739 Kim, 2018 [19] 77,4 4261,7 1072 - 3306,3 Phrukwiwattanakul, 2014 [27] 72,65 5386,0 2519,5 - 1511,0 Andrabi, 2016 [58] 89,0 114 25 - 79 Wu, 2016 [89] 71,6 288,4 121.5 303,7 136,8 Ma, 2017 [5] Đặc tính hồ của các loại tinh bột đậu xanh thể hiện trong Bảng 1.7 có sự khác nhau. Sự khác biệt về đặc tính hồ có thể được quy cho sự khác nhau về độ tinh sạch của tinh bột, hàm lượng AM và AP, tỷ lệ AM/AP, kích thước hạt, tương tác giữa các xoắn kép trong hạt và độ ổn định trong quá trình gia nhiệt và khuấy [87]. Chính tính chất này cho thấy tính ổn định cao của chúng đối với lực cắt cơ học và tác động nhiệt của hồ tinh bột đậu xanh. Tính chất này giúp tinh bột đậu xanh trở nên hữu ích trong thực phẩm và được coi là một lựa chọn tốt để thay thế tinh bột liên kết ngang [75], đồng thời làm cho chúng có thể kháng lại hoạt động của các enzyme tiêu hóa dẫn đến giảm chỉ số đường huyết [75]. Nhiệt độ hồ hóa của tinh bột đậu xanh là từ 71,6 đến 89,0°C, cao hơn so với các loại tinh bột khác cho thấy khả năng chống trương nở cao [19]. Độ nhớt đỉnh và độ nhớt phá hủy của hạt tinh bột đậu xanh cao so với các loại tinh bột đậu khác cho thấy lực liên kết lỏng
- 33. 17 lẻo, độ ổnnhiệt thấp và xu hướng thoái hóa cao. Tuy nhiên, nhớt cuối cùng và setback thấp nhất ở đậu xanh thể hiện khả năng phục hồi kém của tinh bột [90]. Do vậy, tinh bột đậu xanh có lợi cho việc sử dụng trong các loại thực phẩm carbohydrate thấp, hoặc các thực phẩm hồ hóa một phần. Ngoài ra, nó có thể có ích trong thực phẩm chế biến ở nhiệt độ cao. • Khả năng kháng thủy phân của tinh bột đậu xanh Vài thập kỷ trước, tinh bột là một loại carbohydrate được coi là tiêu hóa hoàn toàn và hấp thụ ở ruột non. Tuy nhiên, hiện nay người ta đã biết rằng tồn tại một phần tinh bột có khả năng kháng enzyme tiêu hóa (RS), đi qua ruột non và đến ruột già, nơi nó có thể được lên men bởi hệ vi sinh đại tràng. RS được xác định là tổng lượng tinh bột và các sản phẩm của sự phân hủy tinh bột mà không được phân giải và hấp thụ trong ruột non ở những người khỏe mạnh [91] (Hình 1.5). Tiêu hóa RDS Tiêu hóa SDS Lên men RS Thời gian Đường huyết Hình 1.5 Mô tả vị trí tiêu hóa và mức đáp ứng đường huyết của các loại tinh bột (vẽ lại của Miao, 2015 [92] và Sorndech, 2018 [93]) Kiến thức hiện tại về các tính năng dinh dưỡng của tinh bột chỉ ra rằng khả dụng sinh học của polysaccharit trong thực phẩm có thể rất khác nhau. Do đó, phân loại theo giá trị dinh dưỡng của tinh bột trong chế độ ăn uống đã được đề xuất, có tính đến cả động học và mức độ hoàn chỉnh về khả năng tiêu hóa của nó. Theo đó, tinh bột được chia thành 3 nhóm gồm các phân đoạn tiêu hóa nhanh - dễ tiêu hóa (RDS), tiêu hóa chậm (SDS) và các phân đoạn kháng tiêu hóa (RS) [94]. Mối quan tâm đáng kể gần đây đối với RS là khả năng cải thiện, kiểm soát bệnh đái tháo đường. Dựa trên việc thay đổi tác động đường huyết của carbohydrate ăn vào khi xếp hạng thực phẩm liên quan đến sự giảm chỉ số đường huyết (GI) [95] (Hình 1.5). Ma (2016) [70] sau nhiều nghiên cứu đã ghi nhận rằng
- 34. 18 tinh bột họđậu có hàm lượng AM cao hơn so với tinh bột ngũ cốc và có mối tương quan dương với RS. Vì vậy, nhiều nhà nghiên cứu sau đó đã tiến hành thực nghiệm với việc dự đoán rằng tinh bột các loại đậu có thể hình thành lượng RS ở quy mô lớn hơn. Hoover (1985) [96] cũng đã chỉ ra rằng trong quá trình tiêu hóa 6 giờ với -amylase tuyến tụy, tinh bột ngô đã bị thủy phân đến mức 75%. Trong khi đó, ở cùng nồng độ enzyme, giá trị tương ứng của tinh bột họ đậu dao động từ 25% đến 35%. Sự khác biệt về khả năng tiêu hóa trong ống nghiệm của tinh bột tự nhiên, giữa và trong các loài đã được quy cho sự tương tác của nhiều yếu tố. Chẳng hạn như nguồn tinh bột, kích thước hạt, phạm vi về mối liên kết phân tử giữa các thành phần tinh bột, tỷ lệ AM/AP, mức độ và loại kết tinh [5], [70]. RS trong hạt tinh bột họ đậu còn có một đặc điểm tốt là %RS sẵn có cao và có thể giữ lại chức năng ngay cả sau khi gia nhiệt [97], [5]. Bảng 1.8 Khả năng tiêu hóa bằng in vitro của một số loại tinh bột đậu xanh RDS (%) SDS (%) RS (%) Tài liệu tham khảo Tinh bột đã nấu chín 89,9 1,1 9,0 Ma, 2017 [5] 35,43 - 36,62 53,04 - 58,43 5,86 - 10,95 Yao, 2019 [21] 9,8 - 11,1 39,9 - 42,3 46,6 - 50,3 Kaur, 2011 [63] Tinh bột thô 16,7 27,1 56,2 Ma, 2017 [5] 4,62 - 8,02 9,26 - 12,89 80,78 - 86,13 Yao, 2019 [21] Các nghiên cứu trước đây đã chỉ ra rằng tinh bột đậu xanh có hàm lượng RS đáng kể so với các nguyên liệu giàu tinh bột khác như ngũ cốc và các loại củ [97], [27]. Theo Alfonso (2011) [80] khi thực hiện nghiên cứu trên đậu xanh, hàm lượng RS đạt 14,29% cao hơn so với các loại ngũ cốc khác. Trong nghiên cứu của Li (2019) [98] cũng xác nhận điều tương tự khi so sánh với tinh bột bắp và tinh bột sắn. So sánh với các loại tinh bột đậu khác, đậu xanh nằm nhóm tinh bột giàu SDS và RS chịu nhiệt [5], [21], [63]. Sandhu (2008) [60] đã chỉ ra rằng hàm lượng RS của tinh bột đậu xanh lớn nhất trong các loại tinh bột đậu khảo sát theo thứ tự: đậu xanh> đậu gà> đậu fiel> đậu lăng> đậu đen> đậu bồ câu. Lượng RS có mối quan hệ mật thiết với %AM và độ kết tinh của tinh bột. Miao (2009b) [99] đã tìm thấy tinh bột từ đậu xanh kabuli có %AM và % tinh thể nhỏ hơn so với tinh bột đậu xanh desi thể hiện %RDS và %RS thấp hơn nhưng %SDS cao hơn. Ma (2017) [5] cũng nhận định tương tự trên các giống đậu khác nhau. Đậu xanh là loại giàu AM nên đây là một lợi thế để có thể làm giàu hơn nữa loại RS này. Bảng 1.8 cũng cho
- 35. 19 thấy sự khácbiệt về hàm lượng RS, SDS chịu nhiệt của tinh bột đậu xanh ở các nghiên cứu khác nhau [5], [21], [63]. Hàm lượng RS có thể có sự khác biệt ở các giống đậu khác nhau. Sự chênh lệch của RDS và RS giữa tinh bột đậu xanh sống và nấu chín có thể là do thực tế là tinh bột đậu xanh thô là hạt tinh bột nguyên vẹn được sắp xếp đồng tâm ở các vùng vô định hình và vùng kết tinh. Tùy thuộc vào độ dày của lamella tinh thể, loại và %tinh thể, hay sự mở rộng sắp xếp của phân tử tinh bột (ví dụ: xoắn kép) mà tinh bột có thể kháng lại sự tiêu hóa khi chưa được hồ hóa. Mặt khác, quá trình nấu có thể phóng to các lỗ rỗng xung quanh các hạt tinh bột bị trương nở, phá vỡ trạng thái kết tụ và độ kết tinh của tinh bột, dẫn đến khả năng tiếp cận của -amylase với các polyme tinh bột dễ dàng hơn [21]. Mặc dù vậy, nhưng so với các loại đậu khác, % SDS và %RS trong đậu xanh sau nấu rất cao [5], [21]. Điều đó minh chứng cho việc tồn tại loại RS1 bền nhiệt của đậu xanh và sẽ cho lượng RS lớn hơn ở sản phẩm có tinh bột đậu xanh mà không cần được hồ hóa hoàn toàn như bánh quy và một số món tráng miệng. Tinh bột đậu xanh sở hữu lượng AM cao hơn góp phần vào cấu trúc hạt ít xốp hơn. AP đậu xanh có nhánh ngắn DP 6−12 nhỏ, nhánh DP 13−24 lớn (Bảng 1.4) dẫn đến cấu trúc kết tinh có trật tự hơn [100]. Những đặc điểm này có thể là nguyên nhân giúp tinh bột đậu xanh giảm tính nhạy cảm với các enzyme tiêu hóa. 1.1.2.3 Phương pháp tách và tinh sạch tinh bột Các nghiên cứu chính xác về cấu trúc phân tử, hình thái và tính chất của tinh bột đòi hỏi tinh bột cần đạt độ tinh sạch cao. Điều này phụ thuộc nhiều vào phương pháp và các chất hỗ trợ trong quá trình tách và tinh sạch. Tùy thuộc vào chất lượng và yêu cầu kỹ thuật với tinh bột của người sử dụng với mục đích nghiên cứu, sản xuất hay tiêu dùng mà người ta chọn và đánh giá các phương pháp tách và tinh sạch khác nhau. Có hai phương pháp để thu nhận tinh bột là nghiền khô và nghiền ướt [59]. Nghiền ướt thường được dùng trong quy mô phòng thí nghiệm hoặc sản xuất nếu cần tinh bột có độ tinh sạch cao và ít bị biến đổi. Trong khi nghiền khô sử dụng chủ yếu để sản xuất ở quy mô công nghiệp cho mục đích tiêu dùng và thường lẫn với thành phần hóa học khác. Việc sử dụng các loại máy như nghiền bi, nghiền búa, nghiền trục trong nghiền khô đã làm ảnh hưởng đến cấu trúc và tính chất của tinh bột [101]. Bên cạnh đó, việc tách protein ra
- 36. 20 khỏi tinh bộttrong phương pháp này dựa vào phân loại bằng chất khí nên không loại được hoàn toàn [102]. Phương pháp ướt thường được nhiều nhà khoa học sử dụng để nghiên cứu về cấu trúc, tính năng và ứng dụng tinh bột [103], [37], [10]. Chẳng hạn như nghiên cứu tách các loại tinh bột các loại đậu của Gani và Ma [106], [5], các tác giả đều dùng phương pháp ướt. Hay tách tinh bột đậu lăng trong nghiên cứu của Kaur và Ma [103], [107] và đậu xanh trong nghiên cứu của Kim [19] cũng dùng biện pháp tương tự. Phương pháp ướt dựa trên một quá trình tách tinh bột từ một huyền phù sa lắng khi phân tán hỗn hợp bột nghiền trong nước cho nên có thể lẫn các thành phần khác như protein và xơ mịn trong tinh bột thu nhận [100], [58]. Do vậy, trong phương pháp này, để làm sạch tinh bột hơn nữa người ta thường sử dụng thêm các chất hỗ trợ trong quá trình tách [54], [45], [10], [104]. Trong nghiên cứu của Tiwari (2012) và Punia (2019), các tác giả đã dùng NaHSO3 để hỗ trợ làm sạch. Nghiên cứu của Chang (2006) sử dụng Na2SO3 [105] để tránh biến màu tinh bột và cắt gãy mạng lưới protein liên kết với tinh bột [10]. Nghiên cứu của Romero (2019) sử dụng NaOH để hòa tan protein trong làm sạch tinh bột [104]. Các hợp chất hóa học này có vai trò loại bỏ các protein, chất béo và chất màu cũng như các tạp chất khác thông qua vai trò hoạt động bề mặt, khả năng hòa tan, kháng oxy hóa hoặc khả năng ức chế hoạt động của enzyme oxy hóa nhằm làm tăng độ tinh khiết cũng như độ trắng của tinh bột. Tuy nhiên, việc sử dụng các chất hỗ trợ làm sạch khác nhau có thể có những ảnh hưởng nhất định đến hiệu suất và chất lượng tinh bột thu nhận (Bảng 1.9). Thêm vào đó, Wani (2016) cũng đã đánh giá và thấy được hiệu quả, tác động khác nhau của các phương pháp và điều kiện phân tách. Các chỉ tiêu xác định để đánh giá mức độ ảnh hưởng thường là hiệu suất và thành phần hóa học, cấu trúc và tính chất lý-hóa của tinh bột thu được [59]. So sánh giữa các phương pháp nghiền, Bảng 1.9 cho thấy hàm lượng lipid, tro và hàm lượng nitơ hoặc tính theo protein ở phương pháp nghiền ướt thấp hơn so với phương pháp nghiền khô (Bảng 1.9). Sự khác biệt này ngoài ảnh hưởng của phương pháp tách, cũng có thể do sự khác nhau về giống đậu và vùng trồng. Xét về việc sử dụng các chất hỗ trợ làm sạch khác nhau trong phương pháp ướt, tinh bột thu nhận cũng có thể có sự khác nhau về dư lượng của tác nhân làm sạch, qua đó ảnh hưởng đến độ tinh sạch (tinh bột tổng) và hiệu suất thu nhận tinh bột (Bảng 1.9) [108], [105], [59], [27]. Các tác giả cũng
- 37. 21 khẳng định hàmlượng tro còn lại sẽ gây ảnh hưởng đến màu sắc của tinh bột thu nhận. Wani (2016) cho biết, so với các loại hạt đậu đỗ khác, đậu xanh là loại dễ thu tinh bột hơn vì lượng tro thấp, do vậy chúng có độ tinh sạch và trắng sáng cao [59]. Hàm lượng protein nhiều có thể ảnh hưởng đến khả năng tạo xoắn của các mạch phân tử trong tinh bột khi thoái hóa. Lượng chất béo có thể hình thành phức AM-lipid làm giảm khả năng kết tinh của tinh bột [105], [22]. Như vậy, thành phần hóa học khác lẫn trong tinh bột có thể gây ảnh hưởng đến quá trình làm giàu tinh bột kháng. Bảng 1.9 Bảng hiệu suất, thành phần hóa học của tinh bột đậu xanh có nguồn gốc và phương pháp thu nhận khác nhau Nguồn gốc Phương pháp/điều kiện tách Hiệu suất (%) Lipid (%) Tro (%) Nitơ/ Protein (%)* Tinh bột tổng (%) Tài liệu tham khảo Ấn Độ Ướt/nước 31,1 0,1 - 0,32 0,25 - 0,50 0,02- 0,05 88,3- 88,9 Andrabi, 2016 [58] Hy Lạp Ướt/nước 30,5 0,09 0,13 0,8 - Rahman, 2008 [54] Trung Quốc Khô - 0,13 0,15 1,34 - Li, 2011 [26] Đài loan Ướt/Na2SO3 0,2% - 0,19 - 0,09 - Chang, 2006 [105] Mỹ Ướt/NaHSO3 0,15% - 0,09 - 0,12 0,04 - 0,05 0,28 99,6 Xu, 2013 [20] Hàn Quốc Ướt/nước - - - 0,1 - 0,2 93 - 94,7 Kim, 2018 [19] Trung Quốc Ướt/nước - 0,12 0,18 0,25 98,6 Zou, 2019 [22] Thái Lan Ướt/NaOH 0,05M - 0,06 0,03 0,13 - Phrukwiwattanakul 2014 [27] Chú thích: * Tinh bột từ Ấn độ và Đài Loan được tính theo % Nitơ Cũng phải đề cập thêm rằng, trong ngành công nghiệp sản xuất tinh bột hoặc chế biến miến bằng phương pháp ướt, ngoài tinh bột là thành phần chính được thu nhận từ đậu xanh [357], còn có các thành phần phụ có giá trị cao khác bao gồm chất xơ thô [358] và nước thải sau thau rửa giàu protein [359]. Phần xơ thô thường được sử dụng làm thức ăn chăn nuôi, trong khi nước sau thau rửa chứa 1,5% protein có thể được thu hồi bằng nhiều kỹ thuật khác nhau. Các giải pháp thu protein, xơ đã được thực hiện như lắng đọng đẳng điện, ly tâm sau đó sấy khô bằng đông lạnh, sấy phun hoặc dùng lọc màng [360]. Kết tủa protein bằng cách sử dụng axit hoặc các loại muối và phương pháp điểm đẳng điện là phổ biến ở các nhà máy chế biến trong công nghiệp sản xuất tinh bột đậu xanh [359], [361].
- 38. 22 Với việc thựchiện này, hiệu suất thu nhận protein có thể đạt được khoảng 80% [362]. Việc tận thu các thành phần phụ trong công nghệ sản xuất tinh bột không những giúp nâng cao giá trị cho đậu xanh, mà còn giảm thiểu ô nhiễm môi trường. Từ các nhận định trên đây, có thể nhận thấy sự khác nhau trong phương pháp thu nhận tinh bột, nguồn nguyên liệu, nơi trồng hay các điều kiện tách và tinh sạch khác nhau là những nguyên nhân cho sự khác biệt về hiệu suất, độ tinh sạch và có thể có sự thay đổi trong cấu trúc phân tử của tinh bột đậu xanh. Giới thiệu về tinh bột kháng 1.2.1 Khái niệm, phân loại và cấu trúc của tinh bột kháng Vào những năm 1980, tinh bột được cho là có thể tiêu hóa hoàn toàn trong ruột người. Tuy nhiên, đến năm 1982, Englyst lần đầu tiên phát hiện ra phần tinh bột có khả năng chống lại sự thủy phân của enzyme và đo lường các polysaccharide không tinh bột này [94]. Tên gọi “Tinh bột kháng tiêu hóa” được đặt ra để mô tả quá trình tiêu hóa không hoàn toàn trong ống nghiệm của tinh bột trong thực phẩm đã được nấu chín và làm lạnh [109]. Tuy nhiên, khái niệm được xác định sau này của tinh bột kháng là bao gồm tất cả tinh bột và các sản phẩm của sự phân hủy tinh bột có khả năng kháng lại sự tiêu hóa của ruột non và đi vào ruột già của người bình thường [91]. Vỏ cám TB nội nhũ Mầm RS1: Tinh bột ở dạng hạt nguyên vẹn hoặc đã xay một phần RS2: Tinh bột thô với cấu trúc tinh thể nhỏ gọn RS3: Tinh bột thoái hóa sau khi hồ hóa RS5: phức hợp bao gồm tinh bột-lipid RS4: tinh bột biến đổi hóa học TINH BỘT KHÁNG (RS) Hình 1.6 Mô hình cấu trúc của các loại tinh bột kháng (Gou, 2021 [110])
- 39. 23 Tùy thuộc vàođặc tính chức năng liên quan đến cấu trúc và nguồn gốc chế biến mà tinh bột kháng ban đầu được chia thành 4 loại: RS1, RS2, RS3, RS4 [94]. Sau đó, Sajilata (2006) và Lockyer (2017) đã xác định thêm được loại RS5 dựa trên cơ chế kháng hoàn toàn khác với 4 loại tinh bột kháng kể trên [6] (Hình 1.6). RS1 là loại tinh bột được gói gọn, không thể bị tiếp cận về mặt vật lý với enzyme tiêu hóa do các rào cản hình thành bởi thành tế bào và ma trận protein. Loại RS1 thường có trong ngũ cốc, đậu đỗ và một số thực phẩm giàu tinh bột. RS1 nằm trong các hạt thô nguyên hạt hoặc bị nghiền một phần, kém ổn định nhiệt trong hầu hết các hoạt động nấu ăn thông thường và cho phép sử dụng như một thành phần trong nhiều loại thực phẩm. RS2 đại diện cho tinh bột ở dạng tự nhiên không bị hồ hóa có khả năng chống lại sự tiêu hóa enzyme [111]. Trong các hạt tinh bột thô, tinh bột RS2 được đóng gói chặt chẽ theo mô hình xuyên tâm, kết tinh và cấu trúc nhỏ gọn tự nhiên. Chính cấu trúc điển hình này đã làm giới hạn khả năng tiếp cận của các enzyme tiêu hóa. RS2 có nhiều trong tinh bột khoai tây, chuối xanh, ngô (đặc biệt loại tinh bột ngô giàu AM với các phân nhánh dài hơn trong AP). Các chuỗi polyme glucose dài và đều đặn này liên kết dưới dạng xoắn kép và đóng gói chặt chẽ thành dạng tinh thể loại B với độ kết tinh tương đối cao. Do đó, RS2 thường hiển thị nhiệt độ hồ hóa cao hơn nhiều so với tinh bột bình thường, và do đó chúng có độ ổn định cao hơn đối với quá trình tiêu hóa bằng enzyme [111], [112]. RS3 đại diện cho phần tinh bột kháng enzyme nhất và chủ yếu là AM bị thoái hóa, được hình thành trong quá trình làm lạnh tinh bột đã hồ hóa. Trong quá trình hình thành RS3, hạt tinh bột được hydrat hóa hoàn toàn, AM liên kết lại với nhau như một polymer cuộn ngẫu nhiên, khi làm mát, các chuỗi polymer bắt đầu kết nối lại thành xoắn kép, được ổn định bởi liên kết hydro [113]. Do đó, hầu hết các thực phẩm đã xử lý nóng ẩm rồi và làm nguội đều có chứa một lượng RS3 nhất định. Trong quá trình này, do số lượng xoắn kép hình thành trong các phân tử AM và các chuỗi AP phân nhánh nhiều tạo nên sự kết tinh hoàn hảo mà chúng thoát khỏi sự tiêu hóa bởi enzyme. RS3 là loại bền nhiệt nhất, tính kháng cao nhất trong 3 loại trên đây và chỉ có thể bị phân tán bằng KOH hoặc dimethyl sulphoxide-DMSO [91]. Tùy thuộc vào biện pháp biến tính làm thay đổi cấu trúc ở các mức độ khác nhau mà RS3 tạo ra có các tính chất không giống nhau [107].
- 40. 24 RS4 mô tảmột nhóm tinh bột đã được biến đổi về mặt hóa học như tinh bột đã được ether, este hóa hoặc liên kết ngang với các hóa chất để làm tăng mức độ kết tinh, giảm khả năng tiêu hóa của chúng [114]. Cơ chế kháng khác biệt của loại tinh bột này khác nhau phụ thuộc vào nhóm chức mà nó gắn. Cấu trúc liên kết ngang cao cũng có thể làm giảm khả năng trương nở của tinh bột, dẫn đến ít nhạy cảm hơn với quá trình thủy phân bằng enzyme và quá trình lên men bởi vi sinh vật đường ruột [113]. Loại này tính kháng nổi trội hơn hẳn nhưng vấn đề cần quan tâm khi sử dụng chúng là tồn dư hóa chất trong sản phẩm [115], [116]. RS5 là loại tinh bột kháng không phải hoàn toàn do cấu trúc của tinh bột mà do khả năng liên kết tạo phức giữa AM và lipid [117], [118]. Khi tạo phức với lipid, chuỗi AM mạch thẳng tạo thành một cấu trúc xoắn đơn với lipid hiện diện bên trong khoang trung tâm. Cấu tạo này ảnh hưởng đến khả năng hút nước và giải phóng của phân tử AP, hạn chế sự trương nở, hồ hóa của các hạt tinh bột, do đó cản trở quá trình thủy phân bằng enzyme [115]. Chúng có thể được hình thành trong quá trình chế biến nhiệt các loại thực phẩm hoặc có thể được tạo ra một cách nhân tạo bằng cách thêm chất béo khi biến đổi tinh bột [115], [116]. 1.2.2 Tính chất chức năng của tinh bột kháng Tinh bột kháng tạo ra mối quan tâm lớn đối với các nhà phát triển sản phẩm và chuyên gia dinh dưỡng vì hai lý do, thứ nhất là lợi ích sinh lý tiềm năng và thứ hai là tính chất chức năng độc đáo. Với lợi thế đó RS mang lại sản phẩm chất lượng cao mà các loại chất xơ không hòa tan truyền thống không thể đạt được [119]. Trên thực tế, RS từ đậu đỗ nói chung và đậu xanh nói riêng chưa được sản xuất quy mô lớn để thương mại hóa, nhưng từ những đặc tính vốn có, đậu đỗ có thể sẽ là nguồn sản xuất RS. Chúng có thể có các tính năng tương tự như loại RS đang được thương mại phổ biến từ tinh bột ngô giàu AM. RS từ nhóm đậu đỗ như đã trình bày trên đây có hàm lượng AM cao, độ trương nở thấp, độ hấp thu nước cao, khả năng ổn định ở nhiệt độ cao, độ nhớt hồ giảm, độ nhớt thoái hóa tăng, mức kháng lớn là những điểm nổi bật giống với RS từ tinh bột ngô. Đặc tính và tính chất chức năng của RS thương mại đã được nghiên cứu ứng dụng và liệt kê trong Bảng 1.10. Lợi ích công nghệ của RS thương mại đã được thống kê rõ ràng qua việc sử dụng chúng
- 41. 25 vào các loạithực phẩm như phomai, kem, sữa chua, sữa, nước uống lên men, bánh mì, vẩy bắp, cake, muffin, pasta. Mỗi loại RS được thêm vào với một sản phẩm thực phẩm đều có thể mang lại lợi ích về sinh lý hoặc có thể cải thiện một tính năng công nghệ nào đó. Độ vững chắc, độ kết dính, độ đàn hồi, tính cố kết trong cấu trúc là những tính chất chức năng quan trọng mà RS thể hiện trong những sản phẩm nướng, sấy từ ngũ cốc [122]. Bảng 1.10 Tính chất chức năng của các chế phẩm thương mại RS2 và RS3 Đặc tính RS Tính chất chức năng Các chất có nguồn gốc tự nhiên Làm tăng độ giòn cho bề mặt ngoài của sản phẩm Mùi vị dễ chịu Cải thiện mùi và tăng hương vị cho sản phẩm ngũ cốc ăn sáng. Màu trắng Cải thiện màu với những sản phẩm dạng pasta Nhiệt độ hồ hóa cao Giảm giá trị năng lượng cho sản phẩm Kích thước hạt mịn (ít gây ảnh hưởng đến kết cấu sản phẩm) Khả năng hấp thu nước thấp hơn với các chất xơ truyền thống Hữu ích trong các sản phẩm điều trị loét dạ dày như thuốc nhuận tràng và trong các sản phẩm điều trị bù nước bằng đường uống Tốt cho ép đùn và tạo màng Cho phép sự hình thành của các sản phẩm có chất xơ cao, thấp với số lượng lớn, cải thiện kết cấu, hình dạng, và cảm giác miệng so với chất xơ truyền thống Là thành phần thực phẩm chức năng Trích nguồn: Nugent, 2005 [120] ; Raigond, 2014 [121] RS còn có nhiều tính chất lý-hóa mong muốn và trở nên hữu ích cho nhiều sản phẩm thực phẩm như độ căng phồng, độ nhớt cao, khả năng hình thành gel và liên kết giữ nước. Tùy theo loại RS và từng biện pháp biến đổi mà tinh bột giàu RS có thể được sử dụng để thay thế nguyên liệu bột trong công thức. Sự thay thế không những không ảnh hưởng đáng kể đến việc xử lý mà còn cải thiện các tính chất khác như tính lưu biến của bột nhào, thể tích, độ dầy và đường kính của các loại bánh nướng. Tinh bột giàu RS có trong tự nhiên, không hương vị, màu trắng và kích thước hạt mịn nên gần như không ảnh hưởng đến kết cấu của thực phẩm. Khả năng giữ nước thấp hơn của các RS biến đổi so với xơ và tinh bột tự nhiên sẽ giúp cho bánh cookies, cracker thể hiện được tính giòn, tỷ lệ giữa đường kính với chiều cao bánh (D/H) ổn định và cải thiện kết cấu sản phẩm. RS có nhiệt độ hồ hóa cao, chịu đùn tốt, chất lượng cao trong tạo màng. Đặc tính giữ nước, khả năng tiêu hóa thấp hơn so với chất xơ truyền thống có thể tăng độ giòn cho ngũ cốc ăn sáng, độ dai
- 42. 26 cho sản phẩmmì, bún hoặc tạo màng bảo vệ các probiotic cho các sản phẩm bổ sung men tiêu hóa [123]. RS được nhận xét là đặc biệt phù hợp cho những sản phẩm chế biến từ hạt, sản phẩm có độ ẩm thấp và trung bình [124]. 1.2.3 Tác dụng sinh lý của tinh bột kháng trong cơ thể người Tác dụng sinh lý của RS thể hiện ở dạng không tiêu hóa giống như các chất xơ khác. Do vậy, RS có một số hiệu ứng sinh lý như tăng cảm giác no, điều chỉnh thành phần hệ vi sinh vật đường ruột, đáp ứng đường huyết, cải thiện độ nhạy insulin, giảm tích tụ lipid máu và giảm lượng năng lượng cung cấp [120], [125], [126], [17], [127], [70], [128]. RS từ đậu đỗ được chứng minh là có tốc độ tiêu hóa tinh bột và giải phóng glucose vào máu chậm hơn, dẫn đến giảm phản ứng đường huyết và insulin ít hơn so với ngũ cốc hoặc khoai tây [60]. Do vậy, xét về dược tính, RS có thể làm giảm nguy cơ mắc bệnh đái tháo đường loại II và béo phì. Đặc tính khác biệt so với tinh bột thông thường ở chỗ thoát khỏi sự tiêu hóa ở dạ dày và ruột non, nhưng ở đại tràng, RS như một nguồn cơ chất, chúng có thể lên men (prebiotic) bởi vi khuẩn kỵ khí. Dưới sự phân hủy của chủng Bifidobacterium, rất nhiều loại sản phẩm khác nhau được tạo ra, bao gồm các chất khí (hydro, metan và carbon dioxide) và axít béo chuỗi ngắn - SCFA (acetate, propionate và butyrate) [126], [129]. Trong đó phải đặc biệt chú ý đến thành phần chiếm ưu thế nhất là butyrate- một loại SCFA. Chúng có vai trò quan trọng trong việc duy trì cân bằng nội môi đường ruột, giảm vi khuẩn gây bệnh bằng cách giảm pH của ruột [126], chuyển hóa vi khuẩn của muối mật ở ruột kết [130]. Việc sản xuất SCFA trong ruột kết, làm tăng hấp thu canxi, magie (trái ngược với các chất xơ khác) và giảm bệnh viêm ruột, kích hoạt sự tăng sinh tế bào biểu mô đại tràng bình thường ở người [122]. Đồng thời, SCFA còn giúp ngăn chặn sự tăng sinh và biệt hóa của các tế bào khối u ở những bệnh nhân ung thư đại tràng [122], [40], [14], [131], [132], [133]. RS có chỉ số đường huyết thấp và duy trì mức glucose trong máu [134], lượng insulin [135], cholesterol và triglyceride [136] bình thường ở người. RS có thể ngăn ngừa bệnh đái tháo đường là do chúng làm hạ thấp insulin và phản ứng glucose sau ăn, đồng thời trì hoãn sự khởi đầu của chất kháng insulin. Một chế độ ăn có chỉ số đường huyết thấp kéo dài sẽ bảo vệ và chống lại sự phát triển của bệnh đái tháo đường không phụ thuộc insulin
- 43. 27 [137] và bệnhtim mạch ở những người khỏe mạnh [138]. RS đại diện cho loại tinh bột không có khả năng tiêu hóa ở ruột non nên mang giá trị năng lượng thấp. Các nhà nghiên cứu công bố rằng RS chỉ tạo ra được 8 kJ/g (1,6 đến 2,8 Kcal/g), thấp bằng 1/2 so với tinh bột bình thường tiêu hóa hoàn toàn (15 kJ/g) [15]. Việc giảm năng lượng hấp thụ do giá trị calo thấp, dẫn đến ngăn cản khả năng thèm ăn, qua đó có thể ngăn ngừa béo phì và kiểm soát cân nặng [139], [140], [127], [107], [128], [141]. Điều này thể hiện tính chất chung nhất cho RS là khả năng sinh đường kém và hoạt động phân giải thấp nên có thể được sử dụng trong những thực phẩm ăn cho mục đích giảm béo và giảm đường [124]. Jenkins (2012) đã báo cáo rằng các loại đậu như đậu Hà Lan, đậu xanh và đậu lăng có GI thấp. Tính chất này giúp tinh bột nhóm đậu đỗ kiểm soát mức đường huyết và giảm nguy cơ mắc bệnh tim mạch vành ở những người mắc bệnh đái tháo đường [142]. Giải thích về cơ sở của việc RS có thể làm giảm mức cholesterol toàn phần là vì chúng có khả năng gây ra tỷ lệ bài tiết axít mật cao hơn [136]. Higgin (2014) khẳng định rằng RS có tác động duy trì hoặc giảm cân nặng [143]. Hấp thu khoáng Tăng Giảm Bảo vệ Béo phì Ung thư đại tràng HDL- Cholesterol LDL- Cholesterol Đái tháo đường loại I Đái tháo đường loại II Tế bào Lympho T Tỷ lệ bài tiết acid mật Thèm ăn Hệ thống miễn dịch Bệnh viêm ruột Sự tập trung chú ý Sự phát triển gây bênh do vi sinh vật Tỷ lệ bài tiết cholesterol Phản ứng insulin sau ăn Phản ứng glucose sau ăn T/g tiêu chảy do rotavirus Hình 1.8 Ảnh hưởng của RS đến sức khỏe (Homayouni, 2014 [147]; Amini, 2015 [148]) Ngăn ngừa táo bón và tiêu chảy, tăng tần suất bài tiết và khối phân, giảm sản xuất các LượngRS Khảnăngtiêuhóa Glucosetrongmáu/mứccholesterol NguycơđáitháođườngloạiII Nguycơungthưđạitràng Hình 1.7 Hiệu ứng chức năng nổi bật của việc tiêu thụ tinh bột kháng
- 44. 28 hợp chất gâyđột biến và giảm nồng độ amoniac đại tràng là những tác dụng có lợi khác cho sức khỏe của RS. Các tác giả giải thích rằng, khối lượng phân cao có ảnh hưởng chính đến sự bài tiết của khối u hoặc tế bào mầm bệnh [122], [127]. Các tác động sinh lý của RS có thể rất khác nhau tùy thuộc vào thiết kế nghiên cứu và sự khác biệt về nguồn, loại và liều lượng RS tiêu thụ [120]. Lượng khuyến cáo hàng ngày của chất xơ là 25 - 38 g/ngày theo FAO/WHO (2002) [144], [145]. Trong khi đó, liều RS hiệu quả cho cùng tác dụng chỉ cần 12-20 g/ngày [146], [4]. Các hiệu ứng chức năng nổi bật của việc tiêu thụ RS được thể hiện trong Hình 1.7. Tóm tắt tác dụng bảo vệ và sinh lý tiềm năng của RS đã được thử nghiệm được mô tả trong Hình 1.8. 1.2.4 Các yếu tố ảnh hưởng đến sự hình thành tinh bột kháng Sự hình thành RS có thể bị tác động bởi nhiều yếu tố như nguồn tinh bột, các thành phần có mặt trong tinh bột và các phương pháp xử lý [3]. Sự khác biệt trong nguồn gốc thực vật liên quan đến cấu trúc phân tử và tổ chức của hạt tinh bột. Các điều kiện xử lý khác nhau từng phương pháp biến đổi cũng đem lại những khác biệt đáng kể về hàm lượng và tính chất của RS. 1.2.4.1 Ảnh hưởng của các yếu tố bên trong của RS *Nguồn gốc thực vật, loại tinh thể và cấu trúc của hạt tinh bột: sự khác biệt ở nguồn nguyên liệu sẽ dẫn đến %RS khác nhau. Chẳng hạn tinh bột từ chuối xanh có hàm lượng RS2 rất cao (47% - 57%) [149], hay trong tinh bột khoai tây sống RS1 rất lớn. Hai loại RS1 và RS2 có khả năng kháng là do sắp xếp tự nhiên, chúng có thể có mặt trong từng loại nguyên liệu nhất định nên rất dễ mất đi hoặc giảm tính kháng khi chế biến nhiệt. Các loại RS3, RS4 và RS5 được đặc trưng bằng quá trình biến đổi nhân tạo theo các phương pháp vật lý, enzyme hay hóa học. Do vậy hàm lượng và tính chất của những loại này không chỉ phụ thuộc vào nguồn gốc thực vật mà còn bị ảnh hưởng bởi các điều kiện biến đổi tương ứng [74]. Tỷ lệ AM/AP, hàm lượng nước và lipid, mức độ trùng hợp AM, mô hình xoắn ốc kép tự nhiên và sự hiện diện của các thành phần khác là những đặc tính thực vật cần được xem xét cho mục đích nghiên cứu về RS. Về cấu trúc của hạt tinh bột, người ta nhận thấy các loại tinh bột từ củ thường có tinh thể loại B, đồng thời thể hiện %RS cao hơn so với ngũ cốc khác. Các loại tinh bột đậu đỗ thường thể hiện tinh thể loại C cũng cho hàm lượng RS cao hơn so với các tinh thể loại A của ngũ cốc [98], [27]. Quá trình
- 45. 29 hình thành RS3khi biến đổi bằng các phương pháp khác nhau đều cho thấy có sự chuyển đổi trong cấu trúc kết tinh [150], [151]. Có thể nhận định rằng, nếu không có quá trình kết tinh thì không có RS3. Nhiều nghiên cứu đã chứng minh rằng nếu bất kỳ điều kiện xử lý nào gây ra sự loại bỏ cấu trúc kết tinh của tinh bột sẽ làm tăng khả năng thủy phân bởi enzym và giảm hàm lượng RS. Ngược lại, quá trình kết tinh lại hay các biến đổi hóa học trong tinh bột sẽ có xu hướng làm tăng hàm lượng RS [152], [153]. *Tác động của hàm lượng AM và AP: các nghiên cứu đã chứng minh tinh bột có hàm lượng AM cao sẽ thể hiện giá trị RS cao do khả năng trương nở kém. Do vậy, các sản phẩm RS thương mại thường được làm từ tinh bột ngô giàu AM. Các loại tinh bột đậu đỗ cũng được nghiên cứu nhiều cho mục đích gia tăng RS do có chứa hàm lượng AM cao [74], [151]. Nói chung, tỷ lệ AP/AM càng nhỏ thì hàm lượng RS càng cao. Các tác giả giải thích, có thể là do hình thái chuỗi của AM trong không gian nhỏ và dễ định hướng trong dung dịch nên dễ thoái hóa, tái kết tinh. AP có cấu trúc hình đuôi gai và có các nhánh làm vật cản không gian lớn trong dung dịch và không dễ định hướng. Chính vì điều này mà cơ sở của sự gia tăng RS bằng enzyme pululanase là nhằm phân nhánh AP để thúc đẩy sự tạo thành AM mạch đủ dài để tạo xoắn, kết tinh [33], [154]. Hàm lượng AM được coi là yếu tố chính ảnh hưởng đến năng suất tạo RS. Xét về phân bố phân tử trong AP, người ta thấy rằng RS có chiều dài nhánh AP ở mức trung bình (DP > 16). Các nghiên cứu khẳng định rằng có mối liên hệ chiều dài nhánh AP với khả năng hình thành xoắn kép thể hiện ở sự sắp xếp có trật tự trong vùng kết tinh. Nếu AP của tinh bột ban đầu có các nhánh với độ dài trung bình (DP > 16) sẽ thúc đẩy mạnh hơn việc hình thành xoắn kép, ổn định bằng liên kết hydro, cấu trúc phân tử dễ sắp xếp có trật tự, kết tinh hoàn hảo [155], [156]. Cấu trúc tinh bột ban đầu như vậy sẽ cho kết quả hàm lượng RS3 cao hơn. Các tác giả cho rằng chiều dài chuỗi tối ưu là DP 14-24 sẽ tạo thuận lợi cho sự hình thành tinh thể. Đây cũng là điểm khác biệt của RS3 nhóm đậu đỗ thường thể hiện cao hơn khi biến đổi so với RS3 từ ngũ cốc- loại có lượng chuỗi thẳng ngắn (DP < 10) nhiều hơn [157], [99], [158]. Các tác giả giải thích rằng do sự khác biệt trong cấu tạo phân tử với các nhánh AP dài hơn của tinh bột đậu đỗ nên có sự sắp xếp lại, sự chuyển đổi các vùng vô định hình sang vùng kết tinh và dễ cuộn xoắn ổn định, đóng gói chặt chẽ giữa AM với AM, AM với các nhánh của AP, kết quả là sự gia tăng về
- 46. 30 độ kết tinh,trật tự sắp xếp và lượng xoắn kép, giảm các vùng vô định hình qua phân tích phổ XRD, FTIR và NMR [355]. 1.2.4.2 Ảnh hưởng của các yếu tố bên ngoài của RS *Tương tác với các thành phần hóa học khác: trong nghiên cứu làm giàu RS, Eerlingen (1994) cho biết, nếu có lipid nhiều trong tinh bột sau phân tách thì phức AM-Lipid sẽ hình thành tạo ra RS5 và sẽ cản trở sự hình thành RS3. Tuy nhiên điều này ít xảy ra với tinh bột đậu đỗ do lượng lipid của chúng thấp. Protein cũng có thể hình thành liên kết hydro với các phân tử AP để liên kết các phân tử tinh bột khác. Chính điều này sẽ ức chế sự thoái hóa của AP và làm giảm hàm lượng RS trong các sản phẩm ngũ cốc. Ảnh hưởng của các α-amylase khác nhau lên AM thoái hóa (RS3) cho thấy tất cả các enzyme α- amylase chỉ xúc tác thủy phân trong vùng vô định hình của tinh bột và không thể tác động lên vùng kết tinh do cấu trúc xoắn kép tạo thành [159]. *Tác động của điều kiện biến đổi trong làm giàu RS: các điều kiện kỹ thuật trong từng phương pháp biến đổi tạo RS3, RS4, RS5 có ảnh hưởng lớn đến hàm lượng RS. Chẳng hạn như biến đổi vật lý bằng nhiệt ẩm (HMT), có ảnh hưởng bởi thông số nhiệt độ, thời gian và độ ẩm [160], [161]. Phương pháp xử lý ẩm nhiệt (ANN) bằng vi sóng bị ảnh hưởng bởi thời gian, mức vi sóng và độ ẩm tinh bột khi vi sóng [162], [36]. Ở phương pháp enzyme cắt nhánh thì nồng độ enzyme, thời gian thủy phân và tỷ lệ tinh bột/ nước hay tinh bột/ đệm là những yếu tố ảnh hưởng mạnh đến hàm lượng RS [163], [164]. Các hóa chất khác nhau hay loại chất béo được gắn vào tinh bột cũng thể hiện khả năng kháng tiêu hóa khác nhau [113], [165], [166]. Ngoài ra, trong giai đoạn thoái hóa hồ tinh bột để làm giàu RS3, lượng và khả năng kháng của RS3 bị ảnh hưởng nhiều bởi nhiệt độ và thời gian lưu trữ [167]. Thời gian lưu trữ với những loại tinh bột giàu AM ngắn hơn (thường 24 giờ) so với loại giàu AP (48-72 giờ) [113]. Lưu trữ hồ tinh bột ở nhiệt độ thấp dẫn đến hình thành RS3 nhiều hơn so với lưu trữ ở nhiệt độ cao ứng với độ ẩm nhất định [113]. Khi đó tinh thể tinh bột thường kết tinh loại B, trong khi lưu trữ ở nhiệt độ cao dẫn đến tinh thể loại A [168]. Nói chung, trong các nghiên cứu trên đậu đỗ, các tác giả thường lưu trữ ở nhiệt độ thấp vì đây là điều kiện thúc đẩy xu hướng hình thành xoắn kép tạo tinh thể của các chuỗi mạch thẳng [107], [169].
- 47. 31 Các phương pháptạo tinh bột kháng Từ các đặc tính chức năng quý của RS đối với sức khỏe và trong chế biến thực phẩm nên nhu cầu về RS ngày càng lớn. Các nhà nghiên cứu và sản xuất không ngừng tìm kiếm và cải tiến phương pháp biến đổi tinh bột trong làm giàu RS. Sự kết hợp các phương pháp biến đổi truyền thống hoặc phát triển các đổi mới công nghệ để hiện thực hóa sản xuất RS ngày càng được chú trọng [170], [3]. Vì vậy, biến đổi tinh bột là phương pháp hữu hiệu nhất để gia tăng hàm lượng RS với tinh bột tự nhiên. 1.3.1 Giới thiệu chung các phương pháp Có nhiều phương pháp xử lý tinh bột để tạo RS3, RS4 và RS5. Mỗi phương pháp có những đặc trưng riêng, yếu tố tác động khác nhau và tạo ra tinh bột có cơ chế kháng không giống nhau. Sơ đồ Hình 1.9 dưới đây liệt kê các phương pháp có thể áp dụng để làm tăng hàm lượng RS của tinh bột. Hình 1.9. Sơ đồ liệt kê các phương pháp biến đổi tinh bột nhằm gia tăng RS Người ta có thể dựa vào các biến đổi bằng vật lý, hóa học hay enzyme tác động vào cấu trúc cơ bản của hạt tinh bột tự nhiên, tác động ở mức độ khác nhau sẽ làm thay đổi ít hay nhiều về hàm lượng RS [171] [355]. Mỗi cách thức xử lý đều có ưu, nhược điểm riêng. Chẳng hạn với các phương pháp vật lý, chúng được coi là thân thiện với môi trường, kinh tế, hiệu quả và có thể có điều kiện áp dụng dễ dàng. Hàm lượng RS tạo ra khi biến đổi Phương pháp biến tính tinh bột Vật lý Enzyme Hóa học Nhiệt ẩm Ẩm nhiệt Vi sóng Áp lực thủy tĩnh cao Ép đùn Gia nhiệt ohmic Siêu âm Chiếu xạ Xung điện trường Plasma Hấp áp lực Pullulanase Isoamylase α -amylase β -amylase Transglucosidase Amylosucrase Ester hóa Tạo liên kết ngang Hydroxylpropyl hóa Acetyl hóa Acid hóa Oxi hóa Tạo phức với lipit Hình 1.4 Sơ đồ liệt kê các phương pháp biến đổi tinh bột nhằm gia tăng RS
- 48. 32 bằng các tácnhân vật lý cũng khá lớn so với biến đổi bằng hóa học. Phạm vi ứng dụng và giá trị gia tăng của sản phẩm cũng được thay đổi nhiều [172]. Các tác nhân sử dụng trong phương pháp vật lý là nhiệt độ, ẩm độ, sóng điện từ, xung điện, bức xạ hay áp lực… (Hình 1.9) để làm thay đổi trật tự sắp xếp trong vùng kết tinh và vô định hình ngay trong hạt mà từ đó làm tăng hàm lượng RS. Xử lý bằng nhiệt ẩm (HMT) và ẩm nhiệt (ANN) là những phương pháp vật lý phổ biến cho hiệu suất cao, dễ điều khiển, sản phẩm tạo ra ít có sự thay đổi về tính chất chức năng do không tác động làm phá vỡ hạt, có thể áp dụng với nhiều nguồn tinh bột khác nhau, nhưng thời gian xử lý kéo dài [53], [52], [173]. Cơ chế chung cho biện pháp xử lý thủy nhiệt là sử dụng nhiệt, ẩm tác động vào hạt tinh bột trong khoảng thời gian nhất định làm tăng tính linh động của các chuỗi trong tinh bột. Từ đó, tạo điều kiện cho các chuỗi AM và AP tương tác với nhau làm thay đổi hình thức tổ chức chuỗi trong các miền vô định hình hoặc phá vỡ vùng tinh thể của tinh bột tự nhiên dẫn đến việc hình thành RS3 khi hồ tinh bột được thoái hóa. Mức độ thay đổi này chịu ảnh hưởng bởi cấu trúc, thành phần tinh bột, lượng ẩm và nhiệt độ trong quá trình xử lý [53]. Hấp thường hay hấp áp lực kết hợp thoái hóa theo chu kỳ cũng là biện pháp hiệu quả nhưng cần đòi hỏi thiết bị sử dụng và dưới tác động của điều kiện xử lý mạnh, hạt tinh bột bị phá vỡ hoàn toàn, tính chất từ đó mà thay đổi lớn [174]. Các phương pháp vật lý khác như gia nhiệt ohmic, siêu âm, bức xạ, xung điện trường, chiếu xạ, plasma được nhận định là kém hiệu quả hơn, thiết bị sử dụng phức tạp, kỹ thuật điều khiển khó khăn, khó kiểm soát và tốn kém [175], [176], [177], [74]. Phương pháp ép đùn thường áp dụng trên nguyên liệu giàu tinh bột hoặc loại tinh bột đã biến tính hóa học trước đó nên khó so sánh và đánh giá hiệu quả. Phương pháp này phụ thuộc nhiều vào loại thiết bị sản xuất như loại máy, năng suất máy, áp lực, loại trục vít, tốc độ và bước vít [178], [179]. Trong những năm trở lại đây, một số biện pháp vật lý với quá trình xử lý nhẹ đang phát triển mạnh mẽ, chẳng hạn như áp suất thủy tĩnh cao (HHP), gia nhiệt ẩm bằng vi sóng, sóng siêu âm, nhằm thay thế các biện pháp nhiệt tốn nhiều thời gian và năng lượng [180], [181], [36]. Xu hướng mới hiện nay là không sử dụng các biện pháp riêng lẻ mà kết hợp để giảm thiểu những tổn hại, rút ngắn thời gian chế biến, tránh ô nhiễm môi trường và tăng cường hiệu quả cho quá trình tác động [3]. Phương pháp enzyme chủ yếu tác động bằng việc cắt mạch hoặc cắt các nhánh trong phân
- 49. 33 tử AM vàAP làm thay đổi tỷ lệ AM/AP và sau khi thoái hóa hồ tinh bột, chúng sẽ dễ kết tinh lại, đóng gói chặt chẽ làm tăng hàm lượng RS. Hiệu quả và cơ chế thủy phân của các enzyme là khác nhau, nhưng loại được dùng nhiều nhất là pullulanase cắt nhánh trên phân tử AP [156, 210]. Tuy nhiên, quá trình thủy phân đã phá vỡ hoàn toàn hạt tinh bột nên các tính chất như tính lưu biến, độ nhớt, độ trương nở, độ hòa tan của tinh bột sau biến đổi thường rất khác với loại tinh bột ban đầu [182], [33], [51]. Sử dụng enzyme để làm tăng RS là biện pháp an toàn, thân thiện với môi trường, nhưng khó điều khiển, đắt tiền và thời gian xử lý dài [183]. Nhiều nghiên cứu chỉ ra rằng biến đổi bằng hóa học hiệu quả hơn cả trong 3 phương pháp được liệt kê trên đây, nhưng bất lợi lớn nhất là sự an toàn trong xử lý và tồn dư trong sản phẩm cuối [184], [96]. Tính kháng của tinh bột biến đổi bằng phương pháp hóa học tăng lên liên quan chủ yếu đến bản chất và chức năng của các nhóm chức được gắn thêm hoặc thay thế trên phân tử tinh bột. Cũng có thể làm thay đổi cấu trúc không gian hoặc thay đổi tính kỵ nước của tinh bột sau xử lý cũng làm tăng khả năng kháng enzyme tiêu hóa. Các nhóm chức chủ yếu như acetyl, hydropropyl, octenylsuccorose cồng kềnh được gắn trên C2 của từng đơn phân glucose của tinh bột làm cản trở việc định vị đúng vị trí phản ứng của cơ chất trong trung tâm hoạt động của enzyme nhờ đó làm giảm khả năng tiêu hóa [96], [185]. Do yêu cầu cao về tính an toàn khi sử dụng trong thực phẩm mà các phương pháp biến tính bằng tác nhân vật lý và enzyme thường được sử dụng nhiều hơn khi biến đổi tinh bột. Hơn nữa, các nghiên cứu chỉ ra rằng lợi thế của các tinh bột họ đậu là có sẵn %AM cao nên khi được nấu chín và làm nguội, hồ tinh bột có xu hướng thoái hóa nhanh hơn, dễ hơn, do đó làm tăng RS3 lên cao hơn và bền nhiệt hơn. So với tinh bột ngũ cốc được xử lý trên cùng điều kiện thì tỷ lệ tiêu hóa của tinh bột đậu thấp hơn nhiều [124]. Chính vì điều này mà tinh bột đậu đỗ là nguyên liệu phù hợp cho các biện pháp xử lý thủy nhiệt hoặc xử lý bằng enzyme để làm gia tăng hàm lượng tinh bột kháng [186], [107]. Một số phương pháp thủy nhiệt phổ biến thường được sử dụng trong làm giàu RS với nhóm tinh bột đậu đỗ thể hiện qua Bảng 1.11. Như vậy, có thể nhận định tinh bột nói chung và tinh bột đậu đỗ nói riêng là nguyên liệu phù hợp cho việc sử dụng các phương pháp vật lý hoặc enzyme trong làm giàu RS để
- 50. 34 đảm bảo tínhan toàn cho tinh bột sau biến đổi đồng thời nâng cao hiệu quả của quá trình. 1.3.2 Phương pháp xử lý ẩm nhiệt bằng vi sóng (phương pháp vi sóng) 1.3.2.1 Giới thiệu về vi sóng Vi sóng là sóng điện từ với các tần số nằm trong khoảng từ 300 MHz đến 300 GHz và dải bước sóng tương ứng từ 1 m đến 1 mm [115], [116]. Chúng thường được sử dụng trong chế biến thực phẩm để làm nóng, nướng, khử hoạt tính enzyme và biến đổi tính chất thực phẩm v.v. [189]. Các dải tần số sử dụng nhiều nhất trong quá trình xử lý vi sóng là 915 MHz và 2.45 GHz cho lò vi sóng công nghiệp và 2.45 GHz dành cho lò vi sóng Bảng 1.11 Xử lý thủy nhiệt với các tinh bột đậu đỗ Tinh bột dậu Phương pháp (Điều kiện thử nghiệm) AM (%) RS (%) Xray % Tinh thể Kết luận Tài liệu tham khảo Hà Lan, lăng, biển Nhiệt ẩm (100 - 120o C, 2 giờ, 30% ẩm; 24 giờ) ẩm nhiệt (70% ẩm, T<Thồ10 - 15o C) 38,2 38,9 40,8 Tăng lên 7,7; 11,2 và 10,4 ở120o C C→C - Nhiệt ẩm đáp ứng tốt hơn ẩm nhiệt Chung, 2010 [74] Tây, đen Ẩm nhiệt (50o C; 24 giờ, 50% ẩm) - Tăng, 39,7% và 58,1% - - - Simsek, 2012 [184] Xanh (Trung Quốc) Nhiệt ẩm (15% - 35% ẩm 120o C,12giờ) 35 11,2→45,2 ở 20% ẩm A→A tăng Sự giảm tiêu hóa là do sự sắp xếp lại của các tinh thể Li, 2011 [151] Xanh (Ấn Độ) Nhiệt ẩm (80, 100 và 120o C 30% ẩm, 16 giờ) tăng 6,85→ 38,36 ở120o C A→A tăng Nhiệt ẩm làm tăng RS do tăng AM và kết tinh Barua & Srivastav, 2017 Đen, đỏ, lima Hấp thường (19- 35% ẩm, 90 phút) autoclave (15 phút, 120o C) - 2,2→18,9 1,7→21,2 2,0→30,7 ở 120o C - - Hấp áp lực và thông thường như nhau Tovar & Melito, 1996 [187] Adzuki, thận Hấp áp lực (100,120,130o C, 30 phút, 20% ẩm) - 2,5 và 4% ở 130o C - - - Kojima, 2006 Cowpea đũa Hấp áp lực (121o C/20 phút, lưu 4o C/24 giờ, lặp vòng 1,3,5 lần) 37,5 → 39,3 32,11→41, 26 ở 1 lần lặp C→B tăng Tăng tinh thể và liên kết xoắn kép, màu tối do caramel Ratnaingsi h, 2020 [169] Gà Hấp áp lực (121o C, 30 phút, thoái hóa 24, 48, 72 giờ) - 40,16→ 53,54; 59,42 60,75 ở 72 giờ C→B → B+V 25,44→ 28,08→ 31,81→ 33,89 Tăng số lượng xoắn kép Jagannadh a, 2016 [188]
- 51. 35 gia đình [190],[191]. Điện trường của bức xạ vi sóng dao động với tốc độ khoảng 4,9.109 lần mỗi giây, khiến trật tự các phân tử và ion phân cực liên tục bị thay đổi, cọ xát với nhau và va chạm với các phân tử xung quanh thông qua cảm ứng điện từ và do đó tạo ra năng lượng nhiệt nhanh [192]. Tác động của vi sóng lên vật liệu dựa trên năng lượng vi sóng được phân phối trực tiếp tới vật liệu thông qua sự tương tác phân tử với trường điện từ. Khi vi sóng hướng trực tiếp vào vật liệu, một phần năng lượng được phản xạ, một phần được truyền qua bề mặt và một phần bị hấp thụ. Ảnh hưởng chủ yếu của tương tác vi sóng với vật liệu là sự gia nhiệt điện môi và tính chất từ của môi trường. Theo đó, vi sóng ảnh hưởng đến thực phẩm thông qua điện trường tần số cao gây ra chuyển động và ma sát của các phân tử trong thực phẩm. Do vậy, vi sóng có thể chuyển đổi năng lượng điện từ thành năng lượng nhiệt và tạo ra sự gia nhiệt bên trong và bên ngoài vật liệu [193]. Khả năng tác động vi sóng với tinh bột có thể thực hiện tốt do tinh bột ẩm có nhóm hydroxyl trong nước và trong cấu trúc của tinh bột dẫn đến sự gia tăng nhiệt điện môi và phân cực điện. Tinh bột là chất không có từ tính và chỉ phản ứng với điện trường của vi sóng. Theo khía cạnh này, độ hấp thụ tương đối của tinh bột là một biện pháp cho khả năng một chất hấp thụ, truyền và phản xạ năng lượng vi sóng [194]. Theo Swinkels (1985), cơ chế tác động của vi sóng lên hạt tinh bột (đã được xử lý ẩm ở điều kiện khí quyển) có thể được mô tả như sau: sự tác động của năng lượng vi sóng lên các phân tử nước trong hạt tinh bột làm gia tăng nhiệt độ ban đầu của hạt tinh bột, tiếp theo nhiệt độ tăng nhanh làm tinh bột bị mất ẩm do bốc hơi nước tạo ra một áp suất cao cục bộ bên trong hạt, nhiệt độ cao nhất ở trung tâm hạt lan ra toàn bộ hạt có thể thay đổi cấu trúc và có thể làm vỡ hạt tinh bột [195]. 1.3.2.2 Nguyên tắc, quá trình thực hiện, ưu nhược điểm của phương pháp xử lý ẩm nhiệt tạo tinh bột kháng bằng vi sóng • Cơ sở của phương pháp: Dựa vào sóng điện từ mang năng lượng, vi sóng- một bức xạ không ion hóa tác động vào vật liệu tinh bột có nước được kiểm soát làm các phân tử tương tác với nhau và với trường điện tần số cao tạo sự gia tăng nhiệt độ và áp suất cục bộ từ đó gây ra hồ hóa từng phần làm lên sự thay đổi cấu trúc bên trong hạt tinh bột (Hình 1.10). Vi sóng có thể sắp xếp lại cấu trúc phân tử, dẫn đến sự thay đổi khả năng kháng
- 52. 36 tiêu hóa, khảnăng hấp thụ nước, độ hòa tan, độ nhớt và độ bền gel cũng như các thông số của quá trình hồ hóa [196], [197], [193]. Phiến vô định hình Phiến tinh thể Liên kết α-1-6 Liên kết chuỗi α-1-4 Lớp chuyển tiếp Xoắn kép Đầu mất trật tự của xoắn kép Xoắn kép không được sắp xếp trong tinh thể Hình 1.10 Sơ đồ của hiệu ứng làm nóng nhanh bởi vi sóng lên cấu trúc tinh bột (AM trong phiến vô định hình không được hiển thị); (a) đại diện cho mô hình của tinh bột thô và (b) cho thấy sự thay đổi cấu trúc được đề xuất sau khi xử lý [193]. • Phân loại, cách thực hiện và các thông số quan trọng trong quá trình sản xuất Tao (2020) [76] báo cáo về sự tương tác giữa bức xạ vi sóng và tinh bột, xác nhận rằng vi sóng gây ra sự sắp xếp lại các cấu trúc nội phân tử và sự thay đổi cấu trúc kết tinh, do đó làm thay đổi khả năng hấp thụ nước, độ hòa tan, khả năng trương nở, đặc tính hồ hóa và entanpy, sự tạo xoắn các mạch phân tử do mất nước và tính chất lưu biến của tinh bột. Vi sóng gây ra năng lượng không kích thích làm gia tăng nhiệt độ trong môi trường thâm nhập. Điều này là do sự thay đổi nhanh chóng của trường điện từ ở tần số cao [198]. Yếu tố chính ảnh hưởng đến cấu trúc và tính chất hóa lý của tinh bột khi vi sóng là hàm ẩm [199], các loại tinh bột [200], mức năng lượng [201] và thời gian vi sóng (Bảng 1.12). Độ ẩm là yếu tố quan trọng trong việc biến đổi tinh bột bằng vi sóng vì nước là chất phân cực trong hỗn hợp tinh bột - nước nên quyết định chính đến tính chất điện môi [76]. Khi tiếp xúc với vi sóng, sự gia tăng nhiệt độ của tinh bột có mối tương quan tỷ lệ thuận với năng lượng vi sóng, độ ẩm và loại tinh bột. Trong quá trình vi sóng, thời gian, nhiệt độ xử lý của tinh bột bị ảnh hưởng đáng kể bởi độ ẩm [198]. Tinh bột có chứa độ ẩm thấp (1 - 5%) có nhiệt độ tăng nhanh, trong khi đó độ ẩm cao hơn (7 - 15%) lại có sự gia tăng nhiệt độ không đáng kể. Nhưng các tinh bột có độ ẩm cao hơn nữa (> 20%) cho thấy nhiệt độ tăng lên cùng với sự gia tăng hàm lượng hơi nước do quá trình chuyển hoá đẳng nhiệt
- 53. 37 xảy ra trongtinh bột. Tương tự, Zhang (2009) [181] phát hiện ra rằng nhiệt độ tinh bột dong riềng (20 - 45% độ ẩm) tăng lên cùng với thời gian 1,5 phút đầu tiên tiếp xúc với năng lượng vi sóng từ 400 – 1000 W. Theo Stevenson (2005) [202], nhiệt độ khi xử lý tinh bột ngô (15-40% độ ẩm) ở tốc độ vi sóng là 0,17 và 0,50 W/g tăng trong suốt 1 giờ và có thay đổi lớn nhất trong 10 phút đầu tiên. Các tác giả cũng kết luận rằng sự khác nhau về thời gian, nhiệt độ cũng là kết quả của sự khác biệt của nguồn gốc thực vật và các thiết bị vi sóng. Quy trình chung tổng kết lại cho các bước thực hiện trong việc tạo RS theo phương pháp xử lý ẩm nhiệt bằng vi sóng (gọi tắt là phương pháp vi sóng) được trình bày dưới đây (Hình 1.11). Cân tinh bột, nước Cân bằng ẩm 24 giờ Làm nguội nhiệt độ phòng Thoái hóa - 18, 0, +4o C, 24 giờ Sấy 45 - 50o C, 1 - 2 ngày, A0 < 10% Vi sóng theo mức W và thời gian Hình 1.11 Sơ đồ các bước thực hiện trong làm giàu RS bằng vi sóng Độ ẩm ảnh hưởng đến khả năng tạo RS khi vi sóng, chẳng hạn xử lý ẩm 42,1 - 45,1%, (122 giây và 3 mức năng lượng 330 W, 606 W, và 713 W) với 3 loại tinh bột lúa mạch khác nhau (%AM trung bình, cao và thấp) đã làm RDS tăng cao, SDS, RS thấp hơn đáng kể so với tinh bột không vi sóng [203]. Tuy nhiên ở 20% ẩm (1000 W, 30 phút) xử lý với tinh bột dong riềng, RS cao gấp đôi so với tinh bột ban đầu [162]. Hàm lượng RDS giảm một nửa trong tinh bột đã xử lý, trong khi SDS gần như không thay đổi. Các tác giả giải thích rằng khi độ ẩm thấp (< 30%), nước hoàn toàn giới hạn trong một “lớp đơn thực sự”, nên có thể liên kết hoàn toàn với các hạt tinh bột, dẫn đến khả năng hấp thụ vi sóng tương đối thấp [204]. Do vậy chỉ có sự thay đổi ở cấu trúc bên trong, hồ hóa từng phần, không làm thay đổi hình dạng. kích thước, hạt không bị phá vỡ. Các nghiên cứu điển hình với độ ẩm thấp phải kể đến là trên tinh bột ngô AM cao (độ ẩm <30%) [205], hay trên tinh bột khoai tây (độ ẩm 15%) [206] hoặc trên tinh bột hạt dẻ ngựa Ấn Độ (độ ẩm 22 ± 3%) [196]. Ở khoảng độ ẩm này tính chất điện môi của tinh bột phụ thuộc vào độ ẩm của tinh bột. Độ ẩm được giữ ở mức thấp, quá trình xử lý nhiệt sẽ được kiểm soát phù hợp, khi đó tổn thất điện môi giảm [207], [208]. Do đó, ngay cả khi được xử lý bằng vi sóng có kiểm soát, các bộ phận có đặc tính điện di cao có thể hấp thụ và biến đổi nhiều vi sóng thành nhiệt hơn. Từ đó gây ra nhiều thay đổi hơn, chẳng hạn như các thay đổi về hình thái, cấu
- 54. 38 trúc của tinhbột [209]. Bảng 1.12 cũng cho thấy ở độ ẩm 20%, 25% hoặc 30% được sử dụng chủ yếu cho nhóm tinh bột đậu đỗ, ngũ cốc và củ với mục đích gia tăng RS hoặc thể hiện qua sự thay đổi của cấu trúc tinh bột như độ kết tinh và %xoắn kép tăng lên. Ở mức ẩm cao, khi các hạt tinh bột được đun nóng trong lượng nước dư thừa, tinh bột trải qua quá trình hồ hóa- một quá trình đa giai đoạn không thể đảo ngược. Quá trình bao gồm sự trương nở hạt, tan chảy tinh thể tự nhiên, mất khả năng phản sáng và hòa tan tinh bột làm quá trình hồ hóa nhanh chóng diễn ra [193]. Giá trị hằng số điện môi và tổn thất điện môi tương đối cao trong hệ tinh bột có độ ẩm cao. Hệ thống như vậy có thể có sự chuyển đổi nhanh chóng chuyển đổi năng lượng vi sóng thành nhiệt năng và khi đó nhiệt độ gia tăng. Đối với sự thay đổi về mức năng lượng vi sóng, nếu năng lượng đầu vào của vi sóng cực thấp, những thay đổi hình thái xảy ra không đáng kể [210]. Nhưng ở mức năng lượng sóng đủ lớn, nó được hấp thụ và chuyển thành nhiệt, tinh bột bắt đầu hồ hóa. Sự thay đổi về hình thái và cấu trúc của tinh bột phụ thuộc vào mức độ hồ hóa trong quá trình xử lý vi sóng [209]. Ở mức độ ẩm cao, hầu hết các nghiên cứu đều cho hàm lượng RS giảm [107], [189], [211] hoặc tăng rất thấp [212] hay thể hiện bằng độ kết tinh và lượng xoắn kép giảm (Bảng 1.12). Sau khi tinh bột biến đổi ẩm nhiệt bằng vi sóng được làm nguội các phân tử lại xoắn lại, bền chặt, hoàn hảo và tăng tính kháng enzyme tiêu hóa. Cũng cần phải nói thêm rằng, do vi sóng có thể dẫn đến sự sinh nhiệt tích lũy nhanh trong một khoảng thời gian ngắn, dẫn đến việc làm thay đổi cấu trúc tinh bột ở tốc độ cao nên có thể tạo năng suất lớn trong sản xuất RS3 [193]. Hàm lượng RS khi biến đổi ẩm nhiệt bằng vi sóng còn phụ thuộc vào loại tinh bột. Dữ liệu về xử lý vi sóng của các loại tinh bột khác nhau hoặc loại tinh bột có hàm lượng AM khác nhau cho thấy rằng năng lượng vi sóng tốt nhất trước hết được truyền đến vùng vô định hình của hạt tinh bột và các vùng kết tinh bị ảnh hưởng sau đó [191], [213]. Vì các cấu trúc phiến và kết tinh của tinh bột ảnh hưởng trực tiếp đến khả năng tiêu hóa [197] nên các loại nguyên liệu giàu AM thường cho RS nhiều hơn khi biến đổi. Các loại đậu đỗ ít được nghiên cứu sử dụng biến đổi tinh bột bằng vi sóng với dạng tinh bột và việc đo lường tinh bột kháng cũng không được đề cập trong các nghiên cứu được
- 55. 39 thống kê trongBảng 1.12. Bảng 1.12 Xử lý nhiệt ẩm bằng vi sóng với các loại tinh bột Tinh bột Điều kiện thử nghiệm RS (%) Kết luận Tài liệu tham khảo Đậu lăng 25% ẩm, 325 W, 6,858 phút, thoái hóa 4o C, 24 giờ 11,2→45,2 Bề mặt sần sùi, gia tăng tinh thể Gonzalez, 2002 [214] Field pea 85,7% ẩm 700 W/18g, 5phút, thoái hóa 4o C, 24 giờ - tăng độ kết tinh 17,09 →19,64, liên kết xoắn kép bền chặt 58,04% Zhou, 2019 [212] Đậu Hà Lan 85,7%, 700 W, 5 phút, thoái hóa 4o C, 24 giờ - Mức xoắn kép tăng, kết tinh theo NMR tăng Zhou, 2019 [212] Hạt sen 70% ẩm, 8 W/g, 2 phút, thoái hóa 4o C, 24 giờ 15,38→30,4 2 Tăng xoắn kép trong vùng kết tinh Zeng, 2016 [38] Gạo tẻ và gạo nếp 20% ẩm; 4, 8, 10 W/g, 3 phút thoái hóa 4o C, 24 giờ 17,43→27,2 4% Mức W thấp cho RS cao hơn. Mức w thấp thúc đẩy hình thành SDS. Gạo tẻ cho RS cao hơn Li, 2019 [98] Khoai tây 300 W,100 giây, thoái hóa 4o C, 24 giờ 27,09% AM tăng 35.06% cùng với RS Li, 2018 [215] Dong riềng 20% - 40% ẩm, 400 - 1000 W, 5 - 30 phút, thoái hóa 4o C, 24 giờ - 20-30% ẩm RS tăng nhanh, 35-40% RS giảm Ẩm cao, thời gian ngắn mức w cao, tiêu hóa nhanh Zhang, 2009 [181] Ngô AM cao 43,3% ở 160 – 800 W, 2,4 phút, thoái hóa 4o C, 24 giờ 47,2 RS cao nhất ở 20% ẩm, 4 phút, 160 W Mutlu, 2017,18 [216], [217] Gạo nếp 30% ẩm, 160 W/g 5 phút (lặp 7 lần), thoái hóa 4o C, 24 giờ - Vùng vô định hình bị ảnh hưởng ở 5 phút đầu, vùng kết tinh bị phá hủy sau 10 phút Yang, 2017 [213] Ngô AM cao 30% ẩm, 120 W/g 1,2,3,4 phút, thoái hóa 4o C, 24 giờ 40,7 - 54,5 Thời gian ngắn làm gia tăng RS, thời gian dài RS giảm Zhong, 2019 [205] Đậu lăng 75% ẩm, 14 W/g 30 phút, thoái hóa 4o C, 24 giờ - Độ kết tinh, xoắn kép giảm, kích cỡ DP của AP thu hẹp Ma, 2018; Yin, 2018 [107], [14] Hạt dẻ, ngô, khoai tây 30%. 120 mA, 20 giây, 24 giờ thoái hóa 73,4 - 74,3 62 - 65,2 64,7 - 66,3 Chuyển từ A→ B B→B (khoai tây) Wang, 2019 [128] Dong riềng 20% ẩm, 1000 W, 30 phút, thoái hóa 4o C, 24 giờ 27,73 - 52.52 RS tăng khi tăng hoạt động xử lý Zhang, 2010 [162] Kiều mạch 30,3%; 40%, 50,4% ẩm, 6 phút, thoái hóa 4o C, 24 giờ - Tăng khi mức ẩm thấp Gupta, 2008 [218] Ngô, khoai tây 30%; 2,06-6,63 W/g; 5 phút, thoái hóa 4o C, 24 giờ 56,61→44,9 4→33,36 65,91→67,1 7→40,08 Mức W cao RS tăng rồi giảm với khoai tây cấu trúc B, giảm với ngô cấu trúc A Xu, 2019 [219] Với Gonzalez (2002) [214] quan sát thấy có sự gia tăng kết tinh khi thực hiện trên tinh bột đậu lăng ở mức năng lượng 325 W trong 6,858 phút, 25% ẩm, kết quả làm tăng đáng kể lượng RS (11,2% lên 45,2%). Trong một nghiên cứu khác trên tinh bột ngô AM cao hoặc tinh bột dong riềng kết quả cho hàm lượng RS tăng cao (Bảng 1.12). Hàm lượng RS
- 56. 40 có những thayđổi tùy thuộc vào nguồn gốc thực vật của tinh bột. Một số nghiên cứu cho thấy RS sẽ không tăng và thậm chí còn giảm đáng kể nếu tinh bột được xử lý ở mức năng lượng vi sóng cao hoặc tinh bột được nấu trước khi vi sóng. Việc xử lý bằng vi sóng với tinh bột ngũ cốc đều cho kết quả RS giảm đáng kể như nghiên cứu của Anderson (2006) [220], Hódsági (2012) [221] và Emami (2012) [203]. Ngược lại, khi xử lý tinh bột dong riềng AM cao ở 20% ẩm, 1000 W, 30 phút, hàm lượng RS trong tinh bột biến tính cao gấp đôi so với tinh bột ban đầu [197]. Mutlu (2017) [216] xử lý vi sóng trên tinh bột ngô cho hàm lượng RS lên đến 43,3% ở 800 W, 20% ẩm. Kết quả cũng tương tự với Zeng (2016) [38] xử lý trên tinh bột hạt sen làm gia tăng RS từ 7,3 lên 30,4%. Mức năng lượng vi sóng cũng cho thấy sự ảnh hưởng khi tác động vi sóng trên tinh bột ngô và khoai tây trong nghiên cứu của Xu (2019) [219]. Hầu hết các nghiên cứu khẳng đinh rằng vi sóng thúc đẩy hình thành xoắn kép trong tinh bột kháng (Bảng 1.12). Điều này là nguyên nhân cho việc gia tăng RS bằng vi sóng. Như vậy, hàm lượng RS tạo thành khi vi sóng bị ảnh hưởng đáng kể bởi nguồn tinh bột mà cụ thể là hàm lượng AM, độ ẩm của huyền phù tinh bột, các quá trình xử lý trước vi sóng, mức năng lượng và thời gian vi sóng. • Ưu nhược điểm của phương pháp sản xuất sử dụng vi sóng Vi sóng có nhiều ưu điểm trong sản xuất bao gồm việc làm nóng nhanh, làm nóng vật liệu chọn lọc, làm nóng theo thể tích và xử lý môi trường sạch. Ngoài ra, chi phí vận hành thấp hơn do nhiệt sinh ra bởi năng lượng vi sóng xảy ra chủ yếu trong khoang, không phải trong các vách lò hoặc qua làm nóng không khí, đồng thời thời gian xử lý ngắn làm nên những ưu điểm cho phương pháp này [222]. Mặc dù vậy, vi sóng cũng có một số nhược điểm như làm nóng không đồng đều, tối ưu hóa sản xuất với các thông số, thiết bị chuyên biệt phức tạp. Nhận định của Brasoveanu (2014) là các nghiên cứu trong tương lai cần tập trung một cách hệ thống vào những thay đổi về cơ lý và hóa học của từng loại tinh bột có độ ẩm khác nhau khi tiếp xúc với vi sóng trong phạm vi công suất và thời gian khác nhau [36]. Có thể nói, hiện chưa đủ số liệu và dẫn chứng để minh chứng về khả năng làm gia tăng RS bằng vi sóng đối với nhóm tinh bột đậu đỗ. Nhưng với những kết quả nghiên cứu của
- 57. 41 những tác giảđược liệt kê trên đây, rất cần thêm những thử nghiệm trên các đối tượng tinh bột đậu đỗ khác để có thể xác nhận tổng quát hơn về tác động của phương pháp này. 1.3.3 Phương pháp cắt nhánh bằng pullulanase Để khử nhánh AP của tinh bột trong các nghiên cứu làm giàu RS, có hai loại enzyme được sử dụng là isoamylase (ISA) và pullulanase (PUL). Theo Maarel (2002) Sự khác biệt chính của 2 loại enzyme này là tính đặc hiệu cơ chất. ISA có thể khử nhánh AP và glycogen, nhưng không thể tách pullulan. Ngược lại, PUL có thể phá vỡ AP và pullulan, nhưng không cắt glycogen. PUL thường tham gia vào quá trình tiêu hóa tinh bột, trong quá trình nảy mầm, trong khi ISA giúp quá trình tổng hợp [356]. Tuy nhiên, PUL thường được sử dụng nhiều hơn ISA là vì nhiệt độ thiết lập hoạt động tốt hơn, pH phù hợp hơn trong khử nhánh tinh bột (50o C, pH5). Trong khi ISA bị phân hủy ở nhiệt độ phòng. PUL có thể ổn định trong 8 tháng ở 4–6°C, và sau khi làm khô chân không, nó vẫn gần như nguyên vẹn trong 8 tháng bảo quản ở nhiệt độ phòng [223]. Hơn thế nữa, PUL có thể cắt các nhánh từ nhỏ đến lớn, trong khi ISA chỉ cắt các nhánh lớn (từ 5 đơn vị glucose trở lên). Theo Hii (2012), sự hiện diện của maltotriose hoặc maltotetraose trong dịch thủy phân sẽ ức chế cạnh tranh hoạt động của ISA [223]. Hiệu quả tác dụng, điều kiện ứng dụng, khả năng thu nhận cao và dễ dàng hơn với giá thành rẻ của PUL so với ISA thể hiện ở việc xuất hiện các chế phẩm quy mô công nghiệp được thương mại rộng rãi hơn. Vì vậy, việc sử dụng enzyme PUL có lợi thế hơn ISA trong việc khử nhánh tạo nhánh ngắn trung bình để làm giàu RS. 1.3.3.1 Giới thiệu về enzyme pullulanase Pullulanase hay còn gọi là α-dextrin 6-glucanohydrolase, pullula 6-glucanohydrolase, dextrinase và amylopectin 6-glucanohydrolase có nguồn gốc từ các vi sinh vật khác nhau như Bacillus acidopullulyticus, Klebsiella planticola, Bacillus deramifican, Bacillus sp. AN-7, Bacillus cereus FDTA-13 và Geobacillus stearothermophilus. (Nhanh) Pullulanase Hình 1.12 Hoạt động của enzyme pullulanase [223]
- 58. 42 PUL là loạienzyme khai thác quan trọng, đã được sử dụng rộng rãi để thủy phân các liên kết α-1,6-glycosidic trong tinh bột, AP, pullulan và oligosacarit liên quan, cho phép hoàn thành và chuyển đổi hiệu quả các polysacarit phân nhánh thành các loại mạch nhánh riêng rẽ (Hình 1.12). 1.3.3.2 Nguyên tắc, quá trình thực hiện, ưu nhược điểm của phương pháp biến đổi tinh bột kháng bằng enzyme pullulanase • Cơ sở của phương pháp: dựa trên sự thủy phân đặc hiệu của những enzyme cắt liên kết 1,6 glycosidic chủ yếu trên mạch AP mà phân tử tinh bột được cắt thành các nhánh nhỏ ở một mức độ có kiểm soát, kết quả là số lượng mạch thẳng (AM) gia tăng tạo điều kiện cho quá trình thoái hóa. Sau đó là sự tổ chức lại trật tự phân tử, tạo xoắn kép ổn định hoặc tập hợp lại tạo cấu trúc kết tinh mới từ đó làm tăng sự kháng enzyme tiêu hóa của tinh bột. Hình 1.13 và Hình 1.14 dưới đây mô tả cấu tạo, cơ chế cắt, xoắn của tinh bột cắt nhánh bằng enzyme PUL. - Pullulanase - Isoglucosidase Amilopectin Amilosemạchngắn Liên kết1-4-glycoside Liênkết1-6-glycoside Tinh thể loại A Tinh thể loại B Nước Xoắn kép Chuỗi thẳng ngắn Quá trình làm mát Xoắn kép Xoắn đơn Phân tán bằng cắt nhánh với enzyme Với sự hiện diện của các phối tử hữu cơ Quá trình làm mát Nồng độ chất rắn cao hơn Nhiệt độ cao hơn Chuỗi ngắn hơn Nồng độ chất rắn thấp hơn Nhiệt độ thấp hơn Chuỗi dài hơn Hình 1.13 Mô tả hoạt động của enzyme cắt liên kết 1,6 glycosidic trong phân tử AP Hình 1.14 Sơ đồ cấu trúc kết tinh của tinh bột cắt nhánh (DBS) [133] • Thông số quan trọng trong quá trình sản xuất Tinhbột/đệm acetatepH5.5 1/3-1/5 Hồhóa:5-15phút trongnướcsôiởbể ổnnhiệtcókhuấy Bẻnhánhvới pullulanase10–50 U/g,8–24giờ,55o C Vôhoạt enzymebằng nhiệthoặccồn Thoáihóa-18, 0,+4o C,24giờ Sấy45-50o C,1 -2ngày,Ao < 10% Làmnguội nhiệtđộphòng Hình 1.15 Sơ đồ các bước thực hiện trong làm giàu RS bằng enzyme pullulanase
- 59. 43 Enzyme là mộtchất xúc tác nhạy cảm vì vậy môi trường để gia ẩm khi thủy phân thường dùng là dung dịch đệm. Tỷ lệ tinh bột/dung dịch đệm là 1/3 hoặc 1/5 với các loại đệm và giá trị pH khác nhau tùy thuộc vào loại enzyme sử dụng. Enzyme PUL thường sử dụng đệm acetate pH 5.5 để làm ẩm và hỗn hợp được hồ hóa từ 5 - 15 phút trước khi bổ sung enzyme. Hồ tinh bột sau đó được làm nguội đến nhiệt độ tối thích của enzyme (PUL từ vi khuẩn là 55o C) và một lượng enzyme tính theo upun/g được thêm vào. Thời gian xử lý enzyme có thể kéo dài từ 8 - 24 giờ tùy tinh bột và loại enzyme sử dụng. Kết thúc thời gian xử lý, vô hoạt enzyme bằng nhiệt (đun nóng, hấp áp lực) hoặc dùng cồn tỷ lệ tinh bột/cồn là 1/3-1/5 (theo thể tích). Hồ tinh bột sau đó được làm nguội đến nhiệt độ phòng để thực hiện thoái hóa hoặc ly tâm tách dịch trước khi thoái hóa. Hồ tinh bột sau thời gian thoái hóa được sấy ở nhiệt độ thấp đến độ ẩm an toàn giống các phương pháp trên đây (Hình 1.15). Các nghiên cứu sử dụng PUL cho mục đích làm giàu RS thể hiện trong nhiều nghiên cứu có liên quan [156], [253], [241], [33] đã báo cáo rằng các mẫu tinh bột khác nhau được xử lý đều trở nên đề kháng hơn với các enzyme amylase của tuyến tụy. Có thể nói rằng tinh bột cắt nhánh bằng PUL (Debranching starch - DBS) là một phương pháp tốt để tạo SDS và RS [224], [225]. Thông thường dùng PUL để cắt nhánh các loại tinh bột giàu AP. Tuy nhiên cũng có những nghiên cứu khẳng định về việc có thể làm tăng hàm lượng RS trong tinh bột giàu AM [26], [35] nhưng không phải xu hướng đó tồn tại trong tất cả các nguồn tinh bột [226]. Tinh bột đậu đỗ- một loại tinh bột giàu AM và chuỗi ngắn thẳng, chúng có thể tạo thành cấu trúc kết tinh và mở rộng các vùng kết tinh, dẫn đến tăng SDS và RS như giải thích trong nghiên cứu của Trinh (2013). Hơn nữa, mạng gel được hình thành chậm trong thời gian hydrat hóa có thể làm giảm sự thủy phân của amylase và góp phần tạo thành SDS và RS. Trong quá trình thoái hóa sau đó, các chuỗi ngắn thẳng linh hoạt trong DBS liên kết lại bằng cách tạo ra các xoắn kép mới được ổn định bởi các liên kết hydro, làm cho các liên kết glycosidic không thể tiếp cận được với amylase [227]. DBSs chứa nhiều AM hoặc những chuỗi có độ cắt nhánh cao hơn có ít RDS hơn SDS và RS [99], [228]. Do đó, DBS từ tinh bột có chứa AM có thể phù hợp hơn cho việc tạo RS cao, trong khi các tinh bột nếp bị cắt nhánh là một nguồn sẵn có để tạo SDS. Các nhà nghiên cứu khác cũng phát hiện ra rằng nồng độ enzyme cắt nhánh cao hơn và thời gian xử lý ngắn hơn thích hợp cho sự hình thành SDS, trong khi thời gian xử lý lâu, nồng độ enzyme thấp thích hợp cho sự tạo thành RS [140], [99].
- 60. 44 Bảng 1.13 Xửlý cắt nhánh bằng pullulanase với các loại tinh bột Tinh bột Điều kiện thử nghiệm RS (%) Kết luận Tài liệu tham khảo Đậu Hà Lan 5% tinh bột đệm, 5 phút gia nhiệt 40, 200, 1000 npun/g; 0 - 24 giờ, vô hoạt: cồn; lưu 4o C/ 1 - 14 ngày 26 Gia nhiệt tiếp 118°C 30 phút→11% SDS & 25% RS → bền nhiệt. So với autoclave 12% RS (tốt nhất 20 upun/g, 6 giờ) Lu 2018a Đậu thận đỏ 10% tinh bột đệm, 40 U/g 10 giờ; thoái hóa 4o C, 24 giờ 21,27→31,47 →42,34 C→B, thoái hóa cao hơn không thoái hóa Reddy, 2013 [33] Các loại đậu 20% TB đệm, 12 giờ, thoái hóa 4o C, 24 giờ 25-28,86 AM 30,37 - 33,25% (pinto, black, great northern, and lima) Simon, 2018 [229] Đậu gà đen 10% tinh bột đệm, 40U/g, 10 giờ, thoái hóa 4o C, 24 giờ 15,2→16,4→ 41,3% 19%-->48,7% AM→67,7% nếu thêm autoclave Demirkese n-Bicak, 2018 Đậu Hà Lan 10% tinh bột đệm, 30 U/g 8giờ, ủ 4o C, 24 giờ - Mức kết tinh cao hơn Zhou, 2019 Gạo 20% TB đệm, 20 U, 0- 24 giờ, bước nhảy 4 nhiều loại enzyme. Thoái hóa 4o C, 24 giờ 1,08→12,16 RS ở 20 và 24 giờ không khác nhau (20 giờ RS cao nhất) Li,2019 [97] Yến mạch 1% Tinh bột đêm 40,80,120 U, 2 giờ 27,6→35,5→ 42,2→45,5 AM cao ở các mẫu có RS cao Li,2017 [164] Khoai tây 10% tinh bột đệm, 40 U, 10 giờ; thoái hóa 4o C, 24 giờ 3,62→24,16 Pullulanase thấp hơn pullulanase + autoclave RS→29,35 Reddy, 2015 [230] Khả năng tăng lượng RS phụ thuộc nhiều vào nguồn gốc thực vật của tinh bột và loại enzyme. Thông thường PUL nồng độ từ 20-50upun, nhiệt độ tối thích là 55o C và pH 5.3 bằng đệm natri acetate thường được lựa chọn khi xử lý (Bảng 1.13). Lu (2018a) nghiên cứu trên tinh bột đậu Hà Lan bằng 20upun xử lý trong 24 giờ cho kết quả RS 26%. Trong khi Uthumporn (2010) [150] tiến hành trên tinh bột đậu xanh với sự kết hợp -amylase và glucoamylase trong 24 giờ cũng xác định mức thủy phân thấp, mặc dù %AM giảm. Kết quả khả quan trên các loại đậu khác nhau cũng được thực hiện như trong nghiên cứu của Reddy (2013) [33], Simon (2018) [229] hay Zhou (2019) [212]. Nhìn chung, quan sát số liệu Bảng 1.13 cho thấy các nghiên cứu đều có thời gian thủy phân ngắn. Nghiên cứu trên tinh bột gạo của Li (2019) [97] cũng khẳng định thời gian ngắn xu hướng tạo RS nhiều, thời gian dài hơn RS không đổi nhưng SDS tăng nhanh. Các dữ liệu trong
- 61. 45 nghiên cứu vềcắt nhánh bằng PUL đều thể hiện mối quan hệ giữa hàm lượng RS và AM và mức độ kết tinh của tinh thể (Bảng 1.13). • Ưu nhược điểm của phương pháp sản xuất RS sử dụng enzyme Dùng enzyme cắt nhánh trong xử lý tinh bột được đánh giá là rất hiệu quả trong việc sản xuất tinh bột giàu RS. Đây là phương pháp an toàn và dễ thực hiện, phù hợp với nhiều loại nguyên liệu, đặc biệt hữu hiệu với các loại tinh bột ít AM hoặc một số loại đặc biệt giàu AM. Tuy nhiên, thời gian xử lý kéo dài, chi phí tốn kém là những bất lợi khi so sánh với các phương pháp khác. Hơn thế nữa, phương pháp dựa trên hoạt động thủy phân nên hạt tinh bột bị phá vỡ hoàn toàn sẽ kéo theo các tính chất đặc trưng của hạt sẽ thay đổi đáng kể. Với mục đích làm gia tăng RS, người ta thường kết hợp sử dụng nhiều loại enzyme trong xử lý hoặc kết hợp biện pháp xử lý nhiệt với enzyme để có được kết quả đáng quan tâm hơn và thực hiện hiệu quả hơn trên cả những loại tinh bột giàu AM. Như vậy, phương pháp sử dụng PUL chủ yếu tác động trên phân tử AP để tạo ra các nhánh thẳng và dễ kết xoắn lại trong quá trình thoái hóa. Các thống kê trên đây thể hiện khả năng áp dụng phù hợp của loại enzyme này trên đối tượng tinh bột đậu đỗ. Cơ sở của việc gia tăng RS, sự biến đổi khi sử dụng PUL trên cấu trúc AP của nhóm tinh bột đậu xanh có đặc điểm gì khác biệt cần được làm rõ. 1.3.4 Giới thiệu các phương pháp kết hợp 1.3.4.1 Cơ sở của các phương pháp kết hợp Các phương pháp đơn lẻ được đánh giá kém hiệu quả hơn so với phương pháp kết hợp. Xu hướng chung trong chế biến thực phẩm là giảm thời gian chế biến nhiệt cao, tránh ô nhiễm môi trường và an toàn trong sử dụng vào thực phẩm. Đây cũng là cơ sở cho việc kết hợp chủ đạo các phương pháp vật lý và sinh học (Bảng 1.14). Các nghiên cứu về sự kết hợp tối ưu của các quy trình biến đổi được sử dụng trong việc tạo RS đang được tiến hành và đáng được nghiên cứu thêm bằng cách sử dụng các công nghệ mới. Chẳng hạn như sự kết hợp giữa hóa học và vật lý hoặc sinh học trong gia tăng RS trong nghiên cứu về tinh bột ngô có hàm lượng AM khác nhau. Chúng được biến đổi bằng cách xử lý axit-etanol, tiếp theo là quá trình tách nhánh bằng enzym và sau đó kết tinh lại thông qua chu trình thay đổi nhiệt độ [231]. Trong một nghiên cứu khác, tinh bột gạo được xử
- 62. 46 lý bằng axitcitric kết hợp với xử lý nhiệt ẩm cũng làm tăng hiệu suất tạo RS [40]. Cơ chế chung cho những kết hợp này là phát huy vai trò của các chất hóa học hữu cơ an toàn và việc xử lý tác động lên cấu trúc mạch AP của tinh bột để gia tăng RS. Các biến đổi enzyme kép cũng được sử dụng, điển hình như việc dùng enzyme khử nhánh và amylosucrase thúc đẩy sự hình thành SDS và RS trong tinh bột khoai lang [41]. Trong nghiên cứu của Uthumporn (2010) [150] cũng thể hiện sự kết hợp xử lý của 2 loại enzyme trên tinh bột đậu xanh. Cơ sở của việc sử dụng các loại enzyme kết hợp trong xử lý thường là tác động trên cả 2 phân tử AM và AP của tinh bột. Ở các phương pháp vật lý kết hợp với enzyme hoặc ngược lại là phổ biến bởi tính an toàn và hiệu quả trong tác động. Khi có kết hợp với enzyme phân nhánh AP, các phương pháp vật lý tiền xử lý hay hậu xử lý hầu hết đều làm phá vỡ hoàn toàn hạt thuận lợi cho gia tăng phân đoạn, hoặc hỗ trợ trong quá trình kết xoắn của các chuỗi AM ngắn do enzyme đã phân cắt. Phương pháp kết hợp phổ biến là xử lý tinh bột bằng PUL và hấp áp lực được thực hiện trên nhiều đối tượng tinh bột khác nhau (Bảng 1.14). Các trường hợp khác là sự kết hợp của 2 phương pháp vật lý như trong nghiên cứu của Li (2018) [39] và Mutlu (2017) [216] cũng cho hiệu quả đáng kể (Bảng 1.14). Hai tác giả sử dụng cùng một phương pháp, hạt tinh bột bị phá vỡ, dịch hóa bằng hấp áp lực, sau đó sử dụng vi sóng để tăng cường khả năng đóng xoắn kép và bền vững là cơ sở gia tăng RS của phương pháp kết hợp này. 1.3.4.2 Hiệu quả của các phương pháp kết hợp Điều kiện biến đổi và hiệu quả gia tăng RS trên các đối tượng và phương pháp kết hợp khác nhau thể hiện không giống nhau (Bảng 1.14). Các phương pháp kết hợp vật lý và enzyme thấy rõ hiệu quả với nhóm tinh bột đậu đỗ như enzyme với siêu âm trong nghiên cứu của Lu (2018b) [35] trên đậu Hà Lan hay enzyme và hấp áp lực trong nghiên cứu của Reddy (2013) [33] và của Zhou (2019) [212] trên đậu field. Lu (2018b) [35] xử lý đậu Hà lan bằng PUL 40 upun/g và 100% công suất siêu âm chế độ 1 phút bật, 9 phút tắt liên tục trong 6 giờ, kết quả cho thấy RS của đậu lăng tăng từ 12% lên 25%. Reddy (2013) [33] đã sử dụng PUL cắt nhánh tinh bột đậu thận đỏ đã hồ hóa. Mẫu tinh bột ban đầu chứa 21,3% RS sau đó tiếp tục xử lý bằng hấp áp lực (121o C trong 30 phút) và thoái hóa
- 63. 47 (4o C, 24 giờ)thấy %RS ở mức cao (42,3%). Bảng 1.14 Xử lý bằng các phương kết hợp với các loại tinh bột Tinh bột Phương pháp Điều kiện thử nghiệm RS (%) Kết luận Tài liệu tham khảo Field pea Hấp áp lực + PUL TB/nước:1/5, 15 phút, 85o C; 121o C/30 phút, 50o C, 30 U/g; 46o C, 8 giờ Thoái hóa 4o C, 24 giờ - Tăng độ kết tinh, tăng xoắn kép 58,87 và 66,04 Zhou, 2019 [212] Đậu thận đỏ PUL + Hấp áp lực 10 phút hồ, 20 - 40 U/g, 10 giờ; 121o C/30 phút. Thoái hóa 4o C, 24 giờ 42,34 Hạt vỡ, AM cao Reddy, 2013 [33] Đậu xanh -amylase + glucoamylase 35o C, 24 giờ AM giảm Mức thủy phân thấp Uthumporn ,2010 [150] Đậu Hà Lan PUL - siêu âm đồng thời 40upun + 100% công suất 1phút tắt nghỉ 9 phút, 6 giờ. Thoái hóa 14 ngày 12-25 Kết tinh cao, SDS và RS cao, ổn định nhiệt Lu, 2018b [35] Đậu Hà lan vàng PUL + siêu âm 10 phút hồ 80o C; 40 npun/g 6 giờ; kết hợp siêu âm 1 phút mỗi 9 phút Thoái hóa 4o C, 24 giờ 32,9 Lu,2018b [35] Đậu gà đen PUL+ Hấp áp lực 10% tinh bột đệm, 40 U, 10 giờ, 121o C; 30 phút. Thoái hóa 4o C, 24 giờ 15,2%→ 41,3 Pullulanase+A utoclave cao hơn dùng Pullulanase Demirkese n-Bicak, 2018 [154] Hạt dẻ Hấp áp lực + PUL 15 phút hồ 80o C; 121o C; 15 phút; 9 npun/g 5 giờ 64,6 Gu, 2018 [42] Bắp Hấp áp lực - Microwave 1:7 tinh bột nước; 121o C 30 phút; 12 w/g. 100% công suất. 40 C 8 ngày 30,15 - 40,7 Vi sóng thúc đẩy hình thành xoắn kép Li, 2018 [39] Kiều mạch HHP + PUL 600 MPa, 9 phút, 1 U/g, 60o C, 16 giờ 4,33 Górecki, 2018 [180] Gạo AM cao Acid citric + nhiệt ẩm Citric 0,2M; 30% ẩm, 110o C, 8 giờ 39 Hung, 2016 [40] Ngô AM cao Hấp áp lực + Microwave Hồ 10 phút, 121o C; 30 phút, vi sóng 3 lần, 160 w, 2 phút. Thoái hóa 4o C, 24 giờ Tăng 43,4 Kết hợp phương pháp cho RS cao hơn Mutlu, 2017 [216] Hạt kê Hấp áp lực + siêu âm 700 w, 30 - 120 giây, 10- 30% ẩm Khoai lang Hấp áp lực + PUL 121o C; 30 phút, 2% pullulanase/ 1 giờ, thoái hóa 4o C, 32o C, 60o C 13,52→28, 76→18,71 → 24,14% RS RS ở 4o C cao nhất. Cấu trúc kết tinh C→ B+V Babu, 2016 2018 [232] Hàm lượng AM cũng tăng từ 25,3% lên 67,7%, sự tăng này thực tế là do các enzyme cắt nhánh gây ra. Tăng RS trong việc xử lý bằng nồi hấp được giải thích là do tinh bột bị hồ hóa trở lại, sẽ cho phép các chuỗi AM tổ chức lại tốt hơn trong quá trình thoái hóa, do đó mà tạo thành RS3 nhiều hơn. Trong nghiên cứu của Lu (2018b) [35] kết quả của việc sử
- 64. 48 dụng PUL cólàm nóng bột trước ở 80o C trong 10 phút, cho RS đậu lăng tăng từ 17,3% lên 47,7% trong khi mẫu đã được cắt nhánh đơn lẻ trong 10 giờ có %RS chỉ đạt mức 31,5% (Bảng 1.14). Không xác định lượng RS trong nghiên cứu nhưng Zhou (2019) [212] cũng thực hiện kết hợp autoclave và PUL trên đậu field cũng thể hiện kết quả làm tăng liên kết xoắn kép của các phân tử chuỗi mạch thẳng. Tính chất này rất quan trọng trong việc hình thành RS3. Một số nghiên cứu đã sử dụng biến đổi kép để cải thiện sự hình thành của SDS và RS. Zhou (2014) [233] đã báo cáo rằng khi kết hợp vật lý và enzyme làm tăng hiệu quả hàm lượng RS vì sửa đổi cấu trúc cho phép chúng có khả năng kháng tiêu hóa mạnh (Bảng 1.14). Số liệu thu thập trong Bảng 1.14 cho thấy phương pháp kết hợp nhiều nhất là dùng PUL và hấp áp lực. Điển hình trên nghiên cứu của Ma (2018) [107] trên đậu Hà Lan, tác giả đánh giá nhiều biện pháp riêng lẻ của hấp áp lực, PUL, enzyme thủy phân liên kết 1- 4 glycosidic và 1-6 glycosidic. Kết quả cho độ kết tinh tăng lên theo thứ tự từ riêng lẻ đến kết hợp 2 hay nhiều phương pháp. Trong khi hấp áp lực kết hợp với PUL được đánh giá có hàm lượng RS tăng cao hơn (từ 15,2% → 41,3%) khi so với chỉ sử dụng PUL (16,4%). Hoặc với tinh bột bắp (loại giàu AM như đậu đỗ) của Li (2018) [39] khi so sánh dùng hấp áp lực và biện pháp kết hợp hấp áp lực với vi sóng cho thấy hàm lượng RS tăng đáng kể từ 30,15 - 40,7%. Các tác giả đều kết luận rằng vi sóng thúc đẩy hình thành xoắn kép trong tinh bột kháng. Trong các nghiên cứu được liệt kê ở Bảng 1.12, Bảng 1.13 và Bảng 1.14, hầu hết các nghiên cứu đều thực hiện các biện pháp thoái hóa sau biến đổi. Đây là bước quan trọng trong việc tạo kết tinh bền chặt dẫn đến sự gia tăng hơn nữa hàm lượng RS. Các nghiên cứu đều chỉ ra nhiệt độ thấp cho kết quả gia tăng RS cao hơn. Như vậy, các phương pháp chủ yếu để là giàu RS đối với nhóm đậu đỗ (loại nguyên liệu giàu AM) hiện nay là chế biến nhiệt ẩm và sử dụng enzyme hoặc xử lý kết hợp. Xét về hiệu quả làm giàu RS, các nghiên cứu khẳng định enzyme cắt nhánh AP bằng PUL là phù hợp với tinh bột đậu đỗ. Song sự kết hợp với phương pháp vật lý nhằm sửa đổi cấu trúc của AM và AP, tăng khả năng tạo xoắn có thể làm tăng hơn nữa lượng RS. Phương pháp gia nhiệt tinh bột ẩm bằng vi sóng có lợi thế trong thời gian xử lý, dễ thực hiện cũng cần được nghiên cứu thêm. Sự kết hợp nhằm tạo ra RS an toàn cho người tiêu dùng, nhanh,
- 65. 49 hiệu quả vàcó nhiều thuộc tính chức năng và giá trị gia tăng mới là một quá trình đang được tìm kiếm. 1.3.5 Quá trình thoái hóa hồ tinh bột và mối liên hệ với hàm lượng tinh bột kháng Thoái hóa hồ tinh bột trong làm giàu là một quá trình mà trong đó các chuỗi AM và AP đã bị phân tách trong hồ tinh bột bị keo hóa, liên kết lại với nhau. Thoái hóa hồ tinh bột trải qua 3 giai đoạn: (1) tạo mầm (sự hình thành các hạt nhân), (2) sự lan truyền (sự tăng trưởng của các tinh thể xung quanh hạt nhân), và (3) trưởng thành (sự hoàn hảo về tinh thể hoặc tiếp tục tăng trưởng vùng kết tinh chậm). Thoái hóa hồ tinh bột sẽ bắt đầu bằng quá trình tái kết tinh nhanh chóng của các phân tử AM (sự thoái hóa ngắn hạn không thể đảo ngược- khoảng 24 giờ) sau đó là sự sắp xếp lại chậm hơn của các phân tử AP (sự thoái hóa dài hạn- khoảng 48-72 giờ). Sự thoái hóa AP thường đòi hỏi nồng độ tinh bột cao, với các tinh thể được hình thành bởi các nhánh có chiều dài trung bình (DP15) [234]. Mô hình sơ đồ của mạng lưới AM/AP thoái hóa được thể hiện trong Hình 1.16 và Hình 1.17. Cuộn xoắn ngẫu nhiên Xoắn theo khu vực (xoắn kép) Kết tinh Hình 1.16 Biểu đồ thoái hóa của phân tử AM [130]. Hình 1.5 Mô hình một phần của mạng AM (a) và mạng AP (b) thoái hóa Các thanh màu xám tương ứng với xoắn kép [237]. Người ta quan sát được rằng sau khi hồ hóa, cấu trúc kết tinh bị mất đi, nhưng khi thoái hóa xu hướng giảm về sự mất mát cấu trúc kết tinh và gia tăng lượng xoắn kép, phản ánh sự phát triển của cấu trúc cứng trong mẫu tinh bột [235]. Sự hình thành của tinh thể trong
- 66. 50 thoái hóa hồtinh bột phản ánh sự tái tổ chức phân tử và sự hình thành cấu trúc bán kết tinh không đồng nhất [236]. Các nghiên cứu gần đây đã chỉ ra rằng sự thoái hóa của hồ tinh bột chủ yếu chịu sự chi phối của hàm lượng AM, sự tương tác giữa AP với AM và tính di động của chúng, cũng như độ dài của các chuỗi trong tinh bột. Các chuỗi quá dài hoặc quá ngắn trong hồ tinh bột khi thoái hóa không có lợi cho sự hình thành cho RS3. Mức độ trùng hợp tốt nhất nằm trong khoảng từ 14 đến 24 đvG [167]. Leeman (2006) [238] và Leloup (1992) [239] đều đã chứng minh AM đóng góp lớn hơn so với AP khi hồ tinh bột thoái hóa đến sự hình thành tinh bột kháng. Gel AM được thoái hóa thể hiện cấu trúc vi mô chứa các sợi có chiều rộng 2 - 10nm là kết quả của sự liên kết các phân đoạn chuỗi AM với DP trong khoảng DP từ 26-73 ĐvG. Các yếu tố chính quyết định tổng thể đến mô hình thoái hóa hồ tinh bột và có khả năng ảnh hưởng đến sự hình thành RS3 bao gồm độ ẩm, nhiệt độ và thời gian lưu trữ. Dựa trên các báo cáo trước đây, các mẫu hồ tinh bột có độ ẩm 43% thể hiện xu hướng kết tinh loại B, trong khi độ ẩm 29% thường dẫn đến tinh thể loại A và mẫu có độ ẩm 29%- 40% hiển thị loại C khi thoái hóa [240], [168]. Ngoài ra, nước còn đóng vai trò là chất làm dẻo tinh bột. Bằng cách giảm nhiệt độ chuyển pha (Tg), sự hiện diện của nước cho phép các chuỗi tinh bột kết tinh lại ở nhiệt độ thấp hơn. Việc lưu trữ mẫu tinh bột ở nhiệt độ trên nhiệt độ chuyển pha sẽ làm các chuỗi tinh bột tăng tính di động, có khả năng góp phần vào việc hình thành các thành phần kháng enzyme [236]. Kiểu kết tinh của RS3 thường phụ thuộc nhiều vào nhiệt độ của quá trình thoái hóa hồ tinh bột [78]. Các nghiên cứu trước đã chứng minh rằng bất kể kiểu kết tinh của tinh bột ban đầu như thế nào thì sự thoái hóa hồ tinh bột ở nhiệt độ thấp có xu hướng dẫn đến sự hình thành các tinh thể loại B (dạng tinh thể tạo nhiều RS3) và cấu trúc dạng phiến (lamellar) được sắp xếp theo chu kỳ dài. Ngược lại, ở nhiệt độ cao sẽ thuận lợi cho sự hình thành RS với cả 2 loại A và B (dạng C) mà không có chu kỳ xác định [168]. Tốc độ tăng trưởng kết tinh phụ thuộc vào nhiệt độ theo cách tương tự như tốc độ lan truyền. Kết tinh, bước giới hạn tốc độ trong quá trình thoái hóa, là một quá trình tăng trưởng được kiểm soát bởi hạt nhân. Ưu điểm của việc lưu trữ nhiệt độ thấp (thấp hơn nhiệt độ chuyển pha - Tg) là tốc độ tạo mầm tăng theo cấp số nhân. Mặt khác, sự tăng trưởng mức độ kết tinh (tức là sự lan truyền) được ưa chuộng ở nhiệt độ dưới nhiệt độ nóng chảy
- 67. 51 (Tm) và tốcđộ lan truyền tăng theo cấp số nhân với sự gia tăng nhiệt độ lên đến Tm [234]. Trong một số nghiên cứu, tiền xử lý tinh bột được lưu trữ theo chu kỳ nhiệt độ (ở các nhiệt độ khác nhau giữa quá trình tạo mầm và lan truyền) thay vì duy trì chế độ đẳng nhiệt. Việc xử lý theo chu kỳ nhằm tạo điều kiện thuận lợi cho quá trình tạo mầm và lan truyền tinh thể bằng cách tăng tốc độ tái kết tinh của các chuỗi thẳng ngắn bị rối loạn. Từ đó thúc đẩy sự hình thành chuỗi xoắn kép có trật tự và sự phát triển của tinh thể dẫn đến sự hoàn thiện của tinh thể (RS3) [133]. Như vậy, hoạt động thoái hóa hồ tinh bột có ảnh hưởng lớn đến khả năng hình thành RS3, các yếu tố cần kiểm soát là nhiệt độ, thời gian thoái hóa ứng với từng phương pháp biến đổi tinh bột và nguồn nguyên liệu. Sử dụng tinh bột kháng vào sản phẩm thực phẩm 1.4.1 Giới thiệu chung về các ứng dụng của tinh bột kháng vào thực phẩm Khả năng kháng tiêu hóa, chậm phân giải và tính chất chức năng đặc biệt của RS cho thấy tầm quan trọng của việc sản xuất loại thực phẩm có carbohydrate với chỉ số đường huyết thấp hoặc sản phẩm bổ sung chất xơ. Ngoài các tác dụng sinh lý của RS như một chất xơ ăn kiêng đã được đề cập trên đây, RS còn thể hiện các tính chất chức năng vốn có với bản chất tinh bột. Đặc tính độc đáo của RS được liệt kê là tự nhiên, không mùi vị, màu trắng trung tính, kích thước hạt nhỏ, tính chất hóa lý như nhiệt độ hồ hóa cao, độ nhớt cao ở gel thoái hóa, khả năng giữ nước cao, tạo gel tốt, chỉ số trương nở thấp. Các tính chất này không có ở các chất xơ thông thường là lợi thế làm cho RS hữu ích trong rất nhiều sản phẩm thực phẩm. RS2 và RS3 tạo thành các sản phẩm bánh thể tích lớn, giàu chất xơ, chất lượng với ngoại hình đẹp, kết cấu và cảm giác miệng được cải thiện. Kết quả của những đặc tính này làm RS được sử dụng để thay thế bột mà không ảnh hưởng đến quá trình lưu biến bột. RS không chỉ thay thế chất xơ không hòa tan thông thường chẳng hạn như cám và gum mà còn thể hiện một số đặc điểm khác biệt nhất định không thể đạt được trong thực phẩm giàu chất xơ [124], [78]. Sử dụng chất xơ thông thường, cấu trúc sản phẩm thường thô hơn, đậm đặc hơn, đổi vị và đôi khi ít ngon miệng hơn so với việc sử dụng RS. Điều này làm tăng đáng kể khả năng chấp nhận của người tiêu dùng về những thực phẩm bổ sung
- 68. 52 RS khi họmuốn tăng lượng chất xơ trong chế độ ăn uống của họ [18]. Nhiều mặt hàng RS cũng có sẵn trên thị trường được giới thiệu có khả năng ứng dụng vào thực phẩm một cách dễ dàng để cải thiện một số tính chất chức năng [241] hay như một phụ gia thực phẩm [147] hoặc vì một lợi ích sinh hóa nào đó (Bảng 1.15). Bảng 1.15 Lợi ích của RS trong các sản phẩm RS thương mại Sản phẩm Loại RS Nhà sản xuất Lợi ích đặc tính kỹ thuật Lợi ích sinh hóa và/hoặc sức khỏe %RS Hi- Maize ™ RS2 (ngô AM cao) National Starch & Chemical Co. Không hydrat hóa. hồ hóa hoàn toàn < 150o C. Tăng giữ ẩm, cải thiện cấu trúc sau đùn. Tạo màng ngăn hấp thu chất béo với thức ăn nhanh) Như prebiotics, pH bề mặt thấp, tăng lượng SCFA (nhiều butylrate), nhuận tràng nhẹ, tăng hệ vi sinh vật đường ruột có lợi 42 Eurylon ® RS2 (ngô AM cao) Roquette Phản ứng đường huyết giảm khi thay thế cho bột, các loại carbohydrat có tiêu hóa nhanh khác. Novelo se ® 240, 260,330 RS2, RS2, RS3 (ngô AM cao) National Starch & Chemical Co. Cải thiện mùi vị và cấu trúc. 42, 60, 30 C ActiSta r RS3 (maltodex- trins củ năng thoái hóa) Cerestar Trắng, mùi vị nhạt, không hút ẩm, không hồ hóa hay tạo khối. Giữ nước thấp, độ nhớt rất thấp. Không tạo cảm giác sạn trong miệng. Ổn định đến 110o C. 58 Neo- amylos e RS3 Protos- Biotech (Celanese Ventures GmbH) Là một loại phụ gia, chất hoạt động trong chăm sóc sức khỏe, thực phẩm và công nghiệp mỹ phẩm Prebiotics, bảo vệ chống lại bệnh viêm ruột, ung thư đại tràng, kiểm soát đường huyết ở bệnh nhân béo phì. 87 hoặc 95 CrystaL ean® RS3 (maltodext rins từ ngô AM cao thoái hóa) Opta® Food Ingredients Prebiotic, tăng lượng butylrate, tế bào tăng sinh đoạn trước ruột già, xơ hòa tan, chỉ số đường huyết thấp. 41 Các sản phẩm thương mại chủ yếu là loại RS2 và RS3 biến đổi từ tinh bột ngô giàu AM (Bảng 1.15). Một số nghiên cứu ứng dụng cụ thể trên loại RS4 biến đổi trên nguyên liệu khác cũng đã được nghiên cứu. Chẳng hạn RS4 thủy phân axit và tạo liên kết ngang từ tinh bột gạo nếp [242] hay RS3-DBS từ tinh bột khoai tây [243] có thể được ứng dụng rộng rãi để phát triển một loại nước giải khát giàu chất xơ. RS3-DBS có tính kỵ nước nên có thể nhanh chóng tạo thành một mạng gel trong môi trường nước. Do vậy, chúng được khuyến cáo thay thế cho đường trong trường hợp cần giảm sự hấp thụ nước, tăng sự
- 69. 53 nguyên vẹn trongtô (Bowl life) và thêm độ bóng cho các loại ngũ cốc ăn liền đồng thời bổ sung chất xơ ăn kiêng [156]. RS3 hoạt động như một chất điều chỉnh kết cấu được thêm vào bánh mỳ tạo ra độ giòn cho vỏ và độ mềm cho ruột bánh [244]. RS3 từ chuối cải thiện hiệu quả khả năng tạo nhũ của nhũ tương và làm chậm quá trình oxy hóa lipid trong các sản phẩm thực phẩm [245], [246]. 1.4.2 Khả năng ứng dụng của tinh bột kháng từ đậu đỗ Các kết quả thể hiện thống kê trên Bảng 1.15 hầu hết dựa trên việc sử dụng các loại RS2, RS3 từ tinh bột ngô giàu AM, một số ít từ tinh bột khác như chuối, bắp hoặc lúa mì và gần như không có nhiều ứng dụng từ việc dùng RS từ nhóm tinh bột đậu đỗ. Điều này có thể là do nhóm nguyên liệu này có giá thành cao hơn so với những loại nguyên liệu khác. Tuy nhiên với những đặc tính khác biệt, các loại tinh bột đậu đỗ cần những nghiên cứu sâu hơn để minh chứng cho khả năng cải thiện chất lượng trong các sản phẩm thực phẩm. Trong nỗ lực phát triển các sản phẩm không chứa gluten, tinh bột họ đậu được chú ý do các tính chất chức năng của chúng. Chẳng hạn như độ hòa tan và khả năng liên kết với nước đóng vai trò quan trọng trong công thức chế biến các sản phẩm thực phẩm không chứa gluten. Khả năng cải thiện tính chất thường được đề cập trong các sản phẩm bánh mì và mì ống không chứa gluten thương mại, cung cấp carbohydrate phức tạp, từ đó có tác động tích cực đến sức khỏe con người [247]. Tinh bột đậu Hà lan được xử lý thoái hóa khi hấp áp lực và làm lạnh với 3 chu kỳ (121o C/1 giờ, làm lạnh 4o C/12 giờ), bổ sung vào công thức sản xuất bánh mì có thể thay thế một phần bột mì. Hàm lượng thay thế 20% tinh bột giàu RS mà không ảnh hưởng đến tính chất của bột nhào, RS tăng (từ 0,7% lên 5,1%) đồng thời tính chất cảm quan cũng không có khác biệt đáng kể với mẫu đối chứng [248]. Sankhon (2013) [249] cũng cho thấy RS từ bột đậu carob có thể thay thế 15% bột mì trong bánh mì không gluten mà không tạo ra sự khác biệt trong tính chất cảm quan. Hàm lượng RS trong bánh mì thành phẩm cũng tăng từ 1,5% (mẫu đối chứng) lên 19,8%. Padalino (2014) [250] thay thế 15% bột đậu Hà Lan giàu RS trong speghetti làm tăng hàm lượng chất xơ và tinh bột kháng mà cấu trúc đạt tương tự như mẫu đối chứng và chúng được coi như một thành phần thực phẩm chức năng. Nghiên cứu của Sharma (2016) [12] sử dụng tinh bột kháng từ đậu thận biến đổi bằng ép đùn dùng từ 10 - 20% thay thế bột mỳ trong bánh quy, muffin và mỳ sợi. Kết quả nghiên cứu cho thấy có sự cải
- 70. 54 thiện về thểtích, kết cấu của bánh, đồng thời cải thiện độ dai, độ vững chắc của sợi mỳ khi nấu. So với miến từ tinh bột khoai lang, loại dùng tinh bột đậu xanh mịn hơn và sáng hơn, khó bám răng và gãy hơn, không gây ô nhiễm và tiết kiệm năng lượng hơn theo Zhao (2017). Các đặc điểm về RS được tạo ra từ đậu xanh như với hàm lượng AM cao, loại C điển hình, độ nhớt thoái hóa cao, độ ổn định cao và hạn chế trương nở sẽ tạo ra sản phẩm bún, miến có nhiều đặc tính tốt. Chẳng hạn như tác động đến chất lượng ăn uống với loại miến, tổn thất chất khô ít, độ đàn hồi, độ bóng cao và khả năng phục hồi lớn [251]. Cookies mềm bổ sung RS đậu xanh được xử lý bằng PUL và thoái hóa có lợi thế về hàm lượng RS cao hơn và khả năng giữ nước lớn hơn nhưng có nhiều nhược điểm ở giá trị cảm quan [252]. Wang (2014) [252] cũng đã cho thấy mẫu cookies chứa 25% RS-HMT từ tinh bột đậu xanh có khả năng giữ nước xấp xỉ với mẫu chứa chất xơ từ lúa mì nhưng vượt trội hơn về đánh giá cảm quan. Hơn nữa, độ cứng – một trong các chỉ số đánh giá chính trong phân tích kết cấu đã chỉ ra rằng loại cookie này có thể được chấp nhận bởi phần lớn người tiêu dùng nếu sản phẩm bổ sung RS. Khi đó giá trị độ cứng sẽ dao động từ 450 g đến 630 g được minh chứng là mang lại sự đồng điệu hơn giữa nhận dạng định lượng khách quan và đánh giá cảm giác chủ quan. Các nghiên cứu trên cho thấy RS từ tinh bột đậu đỗ nói chung và đậu xanh nói riêng có nhiều tính chất chức năng có thể thay thế một phần lượng tinh bột hoặc thay thế gluten trong các sản phẩm thực phẩm. RS có thể giúp cải thiện một số đặc điểm kỹ thuật, dễ được người tiêu dùng chấp nhận, đồng thời làm tăng hàm lượng chất xơ có lợi cho sức khỏe. Cần có nhiều hơn các nghiên cứu ứng dụng trên RS đậu xanh để có thể tìm thấy tính chất chức năng của RS. 1.5. Nhận định từ tổng quan, mục tiêu và nhiệm vụ của đề tài Trên cơ sở những tìm hiểu trên đây, có thể nhận thấy nguyên liệu đậu xanh có là loại giàu tinh bột, ít chất béo, protein chủ yếu là globulin có thể loại bỏ dễ dàng khi thu nhận tinh bột. Về cấu trúc phân tử tinh bột đậu xanh có hàm lượng amylose cao, phân bố độ dài nhánh trung bình của amylopectin phù hợp nếu dùng phương pháp cắt bởi enzyme và gia nhiệt ẩm bằng vi sóng để gia tăng RS. So với các nguyên liệu khác, tinh bột đậu xanh có thể có hàm lượng RS khá cao khi thực hiện các biện pháp biến đổi. Hơn thế nữa Việt
- 71. 55 Nam là nướccó sản lượng đậu xanh đứng thứ 3 trong các loại đậu đỗ và là vùng nguyên liệu của trong khu vực Châu Á nên nguồn cung khá dồi dào. Tổng quan về hiệu quả làm giàu RS bằng các phương pháp khác nhau từ tinh bột đậu xanh cũng cho thấy tiềm năng lớn ở loại tinh bột này khi so sánh với các loại đậu khác và đặc biệt với tinh bột ngô giàu AM. Bên cạnh đó khả năng ứng dụng tinh bột đậu xanh trên các sản phẩm thực phẩm sẽ dễ dàng hơn vì chúng đã rất thân thuộc với người Việt Nam. Các nghiên cứu làm giàu RS chưa được thực hiện trên đậu xanh được trồng ở Việt Nam. Sử dụng phương pháp enzyme kết hợp xử lý ẩm nhiệt bằng vi sóng có thể làm gia tăng hàm lượng RS đối với loại tinh bột đậu xanh giàu AM. Trong quá trình biến đổi này enzyme pullulanase sẽ cắt nhánh của phân tử AP sẽ tạo ra các chuỗi thẳng, ngắn, cùng với sự hỗ trợ gia nhiệt bằng vi sóng sau đó có thể gây ra sự sắp xếp lại cấu trúc, tăng khả năng kết tinh. Hoạt động thoái hóa ở các nhiệt độ khác nhau sẽ có thể tạo ra nhiều RS hơn nữa. Với những tính chất của loại tinh bột sau biến đổi giàu AM, mạch ngắn, khả năng trương nở kém có thể phù hợp với việc sử dụng làm nguyên liệu chế biến bánh quy không đường, không gluten. Từ những nhận định trên đây, các mục tiêu của đề tài được đề ra như sau: Mục tiêu 1: Chọn lựa loại nguyên liệu đậu xanh phù hợp với việc gia tăng RS. Nhiệm vụ: chọn được 1 loại đậu xanh từ các loại phổ biến ở Việt Nam có hàm lượng tinh bột, hàm lượng AM cao, có chiều dài mạch trung bình của AP lớn hơn 13. Mục tiêu 2: Thiết lập phương pháp làm giàu RS hiệu quả. Nhiệm vụ: tìm các thông số kỹ thuật tốt nhất trong phương pháp vi sóng, enzyme và kết hợp enzyme vi sóng có khả năng tạo %RS lớn nhất. Tìm cơ sở của quá trình gia tăng RS. Mục tiêu 3: Ứng dụng tinh bột kháng từ đậu xanh sau biến đổi vào sản xuất bánh quy không gluten, sinh đường thấp. Nhiệm vụ: tìm được tỷ lệ thay thế tinh bột sau biến đổi trong công thức bánh quy không gluten, sinh đường thấp từ bột gạo. Xác đinh đặc tính chức năng của tinh bột giàu RS từ tinh bột đậu xanh.
- 72. 56 CHƯƠNG 2. VẬTLIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU Vật liệu 2.1.1 Nguyên liệu *Đậu xanh: sử dụng trong nghiên cứu gồm 8 loại giống phổ biến ở Việt Nam: DX044, V123, DX14, DXVN7, TN182, T135, KPS1, DX208 được cung cấp bởi Trung tâm nghiên cứu và phát triển đậu đỗ thuộc Viện Khoa học và Nông nghiệp Việt Nam và Công ty TNHH Thương mại Trang Nông sau một tháng thu hoạch. Các giống T135, V123, DX044 và KPS1 là các giống bố mẹ được lai trong nước với các đặc tính nông học tốt. Ngược lại, các giống DX14, DX208, DXVN7, TN182 là những giống mới lai tạo cho năng suất cao, sinh trưởng ngắn ngày, thích ứng rộng. T135 là loại hạt xanh mốc ở vỏ, hạt to, hình trụ (kích thước 5,2x3,7x3,7mm), ruột vàng, khối lượng 1000 hạt (P1000) là 61,2g. V123 là loại hạt xanh mỡ, hạt to, hình trụ (kích thước 5,0x3,8x3,8mm), ruột vàng, P1000 là 61,2g. DX044 là loại hạt xanh vàng, bóng, hình trụ (kích thước 4,9x3,6x3,7mm), ruột vàng, P1000 là 56,4g. KPS1 là loại hạt xanh bóng, hạt to, hình trụ (kích thước 5,1x3,7x3,6mm), ruột vàng nhạt, P1000 là 58,1g. DX14 là loại hạt xanh bóng, hạt to, hình trụ (kích thước 5,1x3,7x3,7mm), ruột vàng nhạt, P1000 là 60,1g. DX208 là loại hạt xanh bóng, hạt to, hình trụ (kích thước 5,2x3,8x3,8mm), ruột vàng nhạt, P1000 là 72,05g. DXVN7 là loại hạt xanh mốc, hạt nhỏ, hình trụ (kích thước 4,6x3,4x3,5mm), ruột vàng nhạt, P1000 là 48,5g. TN182 là loại hạt xanh bóng, hạt to, hình trụ (kích thước 5,0x3,7x3,6mm), ruột vàng nhạt, P1000 là 66,5g. Sau khi thu mua sẽ vận chuyển về phòng thí nghiệm Nghiên cứu và Chế biến Nông Sản, Trường Đại học Công nghiệp Thành phố Hồ Chí Minh. Mẫu được đóng gói chân không, bảo quản lạnh đông tránh hư hỏng, giảm tối đa sự biến đổi của hạt trong thời gian thí nghiệm phục vụ cho nghiên cứu. * Các nguyên liệu làm bánh quy: bột mỳ mềm số 8 (baker choice 1) của Công ty Interflour, Việt Nam, loại chuyên dụng để sản xuất bánh quy. Bột gạo Nhật loại Japonica nghiền từ gạo trồng tại Long An qua rây <180 m, công bố theo số T045/ BRENNTAG/2019, bột nổi B202 công bố theo số T113/BRENNTAG/2019 của Công ty TNHH Brenntag Việt Nam. Bơ lạt hiệu Presedent, muối iod, trứng gà Ba Huân loại 55g/quả. Đường cỏ ngọt của Công ty TNHH Stevia Trường Thọ được sản xuất tại Công
- 73. 57 ty Cổ phầnDược, Vật tư y tế Hải Dương. 2.1.2 Hóa chất Các loại enzyme sử dụng trong thủy phân tinh bột, xác định các chỉ số, phân tách AM gồm pullulanase (Promozyme D2) (EC 3.2.1.41) của Sigma -Aldrich (St. Louis, MO, Hoa Kỳ) có độ hoạt động là 1498 npun/g (upun-new pullulanase unit Novo). Trong đó 1upun =0,35 pun: là tổng lượng enzyme tại điều kiện 55o C, pH 5.5 giải phóng 1µmol đường glucose trong 1 phút. Isomylase (Megazyme, 1000 U/ml), α-amylase (Sigma A- 3176, 250 U/ml, từ tuyến tụy heo), Alpha-amylase pancreatin (tuyến tụy heo độ hoạt động 4 USP, Sigma P1750) và amyloglucosidase (Megazyme E-AMGDF, 3300 U/ml, Ireland) được sử dụng khi xác định mức phân bố của AP bằng HPAEC và tiêu hóa mô phỏng bằng enzyme (in vitro). Các hóa chất dùng để xử lý nguyên liệu đậu xanh và phân tích các chỉ tiêu vật lý, hóa học được liệt kê trong Bảng 2.1. Bảng 2.1 Bảng các hóa chất được sử dụng trong nghiên cứu STT Tên hóa chất Độ tinh khiết Xuất xứ 1 Natri bisulfit khan ≥ 85,0% Sơn Đầu, Trung Quốc 2 Natri hydroxit (ống chuẩn) 1N KLR: 1,030 g/cm3 Merck, Đức 3 Axit sulfurit đậm đặc 95-98% Xilong, Trung Quốc 4 Ethanol tinh khiết 99% Cemaco, Việt Nam 5 n-Hexan 95% Xilong, Trung Quốc 6 Natri acetate ≥ 99% Sigma-Aldrich Hoa kỳ 7 Iod 96% Sơn Đầu, Trung Quốc 8 Kaliiodua 99,5% Sơn Đầu, Trung Quốc 9 Dimethyl sulfoxide- DMSO 99,9% Sigma-Aldrich Hoa Kỳ 10 Acetone 99,5% Xilong, Trung Quốc 11 Isoamyl alcohol 99,9% Merck, Đức 12 Glucose 99,5% Merck, Đức 13 Maltodextrin dextrose equivalent 4.0 - 7.0 - Sigma-Aldrich, Hoa Kỳ 14 Maltodextrin dextrose equivalent 13.0 - 17.0 - Sigma-Aldrich, Hoa Kỳ 15 Maltodextrin dextrose equivalent 16.5 - 19.5 - Sigma-Aldrich, Hoa Kỳ 16 Maltoheptaose hydrate ≥80% Sigma-Aldrich, Hoa Kỳ 17 Maltotriose hydrate 95% Sigma-Aldrich, Hoa Kỳ 18 Maltotriose hydrate 95% Sigma-Aldrich, Hoa Kỳ 19 Test kit RS - Megazyme, Ireland 20 21 Amylose A0512-5G Amylopetin 10120-250G - - Sigma-Aldrich, Hoa Kỳ Sigma-Aldrich, Hoa Kỳ
- 74. 58 2.1.3 Dụng cụ,thiết bị Dụng cụ và thiết bị dùng trong nghiên cứu có tại phòng thí nghiệm của Viện Công nghệ Sinh học - Thực phẩm, Trường Đại học Công nghiệp Thành phố Hồ Chí Minh; Khoa Kỹ thuật Hóa học và Khoa Công nghệ Vật liệu, Trường Đại học Bách khoa Thành phố Hồ Chí Minh; Khoa Công nghệ Sinh học và Thực phẩm, Trường Đại học Quốc Tế; Trung tâm Nghiên cứu, Ứng dụng và Chuyển giao công nghệ, Trường Đại học Nguyễn Tất Thành; Công ty Sài Gòn Sourdough. Tên, nhãn hiệu và xuất xứ của các dụng cụ thiết bị được liệt kê trong Bảng 2.2. Bảng 2.2 Bảng dụng cụ, thiết bị sử dụng trong nghiên cứu STT Tên dụng cụ, thiết bị Nhãn hiệu Xuất xứ 1 Cân phân tích Sartorius AG Germany Đức 2 Cân kĩ thuật Sartorius AG Germany MA150c 00023v1 Đức 3 Thiết bị chiết Soxhlet Soxtectm 2055 Thụy Điển 4 Lò nung Nabertherm Đức 5 Bộ thiết bị Kjeldahl Iso Lab Đức 6 Máy xay sinh tố HR 2110 Indonexia 7 Máy ly tâm Hettich Eba20 Đức 8 Thiết bị sấy Shellab-USA-CE3F-2/3046914 Hoa Kỳ 9 Máy sấy ẩm hồng ngoại Sartorius AG Germany Ma150c 00023v1 Đức 10 Máy quang phổ Genesys 20 Visible Đức 11 Tủ cấp đông Sanaky Việt Nam 12 Máy đo pH BP3001 Đức 13 Thiết bị đo độ nhớt Braberder Micro Visco-Amylo-Graph Đức 14 Thiết bị đo màu Minolta CR- 300/400-410 Nhật Bản 15 Bể ủ nhiệt Memmert Đức 16 Tủ lắc nhiệt Yihder/ LM -2575 RD Đài Loan 17 Máy quang phổ UV – Vis Labomed/ UVS-2800 Hoa Kỳ 18 Máy lắc Scilogex/ SK L330 Hoa Kỳ 19 Máy Vortex Scilogex/ MX-F Hoa Kỳ 20 Tủ lạnh Panasonic- NR-BU343 MSVN Nhật Bản 21 Tủ đông lạnh sâu GFL-6483 Đức 22 Microwave Panasonic / 5190170044/ NN-FF5509W Nhật Bản 23 Máy ly tâm lạnh để bàn KECHENG H1-16KR (16000RPM) Hàn Quốc 24 Máy đo nhiễu xạ tia X Rigaku Co., Ltd, loại Rint 2000, Tokyo Nhật Bản 25 Máy đo cộng hưởng từ hạt nhân chất rắn NMR solid Avance III HD (Bruker) Đức 26 Máy quang phổ hồng ngoại biến đổi Fourier hiệu năng cao (FTIR) Atr Pro One-Jasco FT/IR-4700. Deutschland GMBH Đức
- 75. 59 STT Tên dụngcụ, thiết bị Nhãn hiệu Xuất xứ 27 Sắc ký trao đổi ion hiệu năng cao đầu dò xung điện (HPAEC-PAD) Dionex ICS 3000. Dionex Corporation Hoa Kỳ 28 Kính hiển vi điện tử quét JEOL JSM-6480LV, Jed LTD, Tokyo Nhật Bản 29 Máy phân tích phân bố kích thước hạt nhiễu xạ laze (LDS) Specifica LA-950, Horiba Nhật Bản 30 Máy cô quay chân không RV 10 Auto Pro V-C – 10004812 – IKA Anh 31 Lò vi sóng Pananasonic, Inverter/5190170044/ NN- FF5509W Nhật Bản 32 Lò nướng sàn 3 tầng Sinmag SM2-523 Đài Loan 33 Máy cán Sinmag SM520E Đài Loan 34 Máy đánh trứng Sinmag SM5L Đài Loan 35 Máy phân tích cấu trúc CT3.4500 Brookfield Ametek Hoa Kỳ Một số thiết bị và dụng cụ thủy tinh, nhựa cần thiết khác như: nhiệt kế, pH, brix kế, becher, erlen, phễu thủy tinh, ống đong, pipette, micropipette, bình đựng mức, ống nghiệm, ống ly tâm, đũa thủy tinh, bình hút ẩm, chén nung, bình thạch anh có nắp 120ml, đường kính 5 cm. Phương pháp nghiên cứu 2.2.1 Sơ đồ nội dung nghiên cứu Sơ đồ nội dung nghiên cứu được trình bày trong Hình 2.1. Thuyết minh sơ đồ: dựa trên 3 mục tiêu của đề tài, nội dung nghiên cứu được thiết lập theo thứ tự các bước dưới dạng sơ đồ Hình 2.1. Mục tiêu 1 là chọn lựa được loại đậu xanh thích hợp để sản xuất tinh bột kháng ứng với 2 nội dung tiến hành tương ứng 2 bước đầu trong sơ đồ Hình 2.1. Bước 1 là lựa chọn hạt đậu xanh. Ở bước này 8 giống đậu được trồng phổ biến ở khu vực miền Bắc và miền Nam được chọn lọc để đánh giá thành phần hóa học, cấu trúc và tính chất lý-hóa của tinh bột. Tiêu chuẩn là lựa chọn giống đậu xanh có hàm lượng tinh bột tổng (hiệu suất thu nhận tinh bôt) và %AM cao, có % phân bố nhánh AP đủ dài (B1, B2) để thuận tiện cho việc thu nhận và biến đổi bằng phương pháp gia nhiệt ẩm đối với AM và cắt nhánh bằng enzyme đối với AP [53], [85]. Thêm vào đó các tính chất lý-hóa của tinh bột lựa chọn cũng được phân tích để đánh giá sự phù hợp với mục đích ứng dụng vào sản phẩm bánh khô có chỉ số GI thấp. Do độ tinh khiết, thành phần và cấu trúc phân tử của tinh bột bị ảnh hưởng bởi phương pháp và các chất hỗ trợ làm sạch nên bước 2 sẽ xác định những tác động này [59], [108], [105]. Giống đậu xanh
- 76. 60 được lựa chọnở bước 1 sẽ được tách tinh bột bằng phương pháp nghiền ướt để chúng có độ tinh sạch cao hơn so với phương pháp nghiền khô [59], [108], [103], [37]. Mức độ tinh sạch cao là chỉ số quan trọng trong việc đánh giá chính xác tác động của sự biến đổi tinh bột ở mục tiêu tiếp theo. Các chất hỗ trợ làm sạch với nồng độ tương ứng được sử dụng để so sánh trong nghiên cứu này dựa trên các nghiên cứu phổ biến trước đây [105], [73], [259], [282]. Mục đích của thí nghiệm này là chọn được chất hỗ trợ làm sạch có thể cho tinh bột có độ tinh khiết cao và hình thái, cấu trúc phân tử không thay đổi so với mẫu trắng (chỉ dùng nước cất). Để thực hiện nội dung tiếp theo của đề tài này, tinh bột được thu nhận theo phương pháp ướt có chất hỗ trợ được tìm ra ở bước 2. Microwave 25 - 65 W/g, 10 - 30% ẩm, 1 - 5 phút) Enzyme (20 - 40 U/g, 1/10 – 1/30, 8 - 24 giờ Enzyme-microwave Lựa chọn loại đậu xanh Xác định phương pháp tách tinh bột Nghiên cứu biến đổi Nghiên cứu thoái hóa Ứng dụng trong CNTP Nước cất Na2SO3 0,2% NaOH 0,1% NaHSO3 0,15% - Mẫu microwave - Mẫu enzyme - Mẫu enzyme-microwave (+28o C, +4o C, -18o C, 24 giờ) Cookie không gluten, chỉ số đường huyết thấp - Độ cứng, độ nở rộng - FISEM cấu trúc - Invitro, invivo - Đặc tính cảm quan - TPHH, VSV, KL nặng - Invitro, invivo - FTIR, Xray, NMRsolid, SEM - RS, AM, DPn, CLn - SEM, Xray - TPHH TB, HS, màu - AM, RS, SEM, Xray - TPHH hạt, hiệu suất tách tinh bột -TPHH TB tách bằng nước - RS, AM, SEM, Xray tinh bột Chọn hiệu suất, AM, độ tinh khiết cao Chọn độ tinh khiết, màu cao, AM, RS, SEM, Xray không đổi Chọn RS cao, giải thích cơ sở Chọn RS cao, giải thích cơ sở Tốt nhất so với đối chứng và mẫu so sánh 8 giống đậu xanh Hình 2.1 Sơ đồ nội dung nghiên cứu
- 77. 61 Mục tiêu 2là phát triển được phương pháp làm giàu RS thể hiện qua 2 bước tiếp theo trong sơ đồ Hình 2.1. Bước 3 được bố trí để tìm kiếm các thông số kỹ thuật biến đổi tinh bột bằng các phương pháp đơn lẻ và kết hợp giữa xử lý ẩm nhiệt bằng vi sóng và cắt nhánh bằng pullulanase. Cơ sở của việc chọn lựa 2 phương pháp này là nhằm tạo ra nhiều tinh bột kháng an toàn cho việc sử dụng vào thực phẩm đồng thời rút ngắn thời gian và tăng hiệu quả trong quá trình làm giàu [186], [107], [222]. Phương pháp xử lý ẩm nhiệt bằng vi sóng có lợi thế về thời gian, tác động chủ yếu lên phân tử AM, cắt mạch tạo những đoạn ngắn, thay đổi trật tự phân tử, hồ hóa một phần và dễ tạo xoắn trong quá trình thoái hóa [212], [38], [193]. Phương pháp enzyme dựa trên việc cắt nhánh trên phân tử AP bằng pullulanase của tinh bột đã hồ hóa hoàn toàn tạo nhiều nhất lượng mạch thẳng, thuận lợi cho việc tạo xoắn, kết tinh ở giai đoạn thoái hóa [210], [35], [296]. Trong việc kết hợp các phương pháp, xử lý bằng enzyme được thực hiện trước vì hoạt động thủy phân AP cần lượng nước lớn trong khi nếu dùng xử lý bằng vi sóng thì cần lượng nước nhỏ hơn. Hơn thế nữa, do vi sóng tác động chủ yếu trên AM và còn có tác động tạo xoắn với các mạch thẳng, ngắn (được tạo ra từ quá trình xử lý) khi tinh bột bị bốc hơi nước nên thực hiện sau sẽ phù hợp và có thể làm tăng hiệu quả tốt hơn khi làm giàu. Các yếu tố ảnh hưởng mạnh trong xử lý ẩm nhiệt bằng vi sóng là mức năng lượng, độ ẩm tinh bột và thời gian vi sóng [199], [201], [36], [38] được khảo sát theo 5 mức khác nhau trong khoảng hữu hiệu đã được tìm hiểu trong tổng quan [215], [286]. [287], [181], [292]. Nồng độ enzyme, tỷ lệ tinh bột/đệm và thời gian thủy phân với các khoảng biến thiên tương ứng là những yếu tố tác động lớn nhất trong phương pháp cắt nhánh AP bằng pullulanase [150], [33], [35], [22]. Dựa trên kết quả về hàm lượng RS cao nhất và xác định cơ sở của sự gia tăng mà các thông số kỹ thuật của từng phương pháp được xác định. Trên cơ sở đó ở phương pháp kết hợp cắt nhánh bằng enzyme và ẩm nhiệt bằng vi sóng sẽ được tiến hành tại các thông số đã xác định từ các phương pháp đơn lẻ trên đây. Thoái hóa hồ tinh bột là bước quan trọng trong việc hình thành RS3. Sau khi có các đoạn mạnh thẳng và ngắn tạo ra ở bước 3, hồ tinh bột sẽ được tạo điều kiện để thực hiện việc tạo xoắn, và kết tinh ở bước 4- giai đoạn thoái hóa. Đối với sản phẩm của sự biến đổi là các đoạn mạch ngắn và thẳng thì nhiệt độ có ảnh hưởng mạnh hơn so với thời gian thoái hóa. Cố định thời gian 24h, khảo sát sự ảnh hưởng của nhiệt độ từ điều kiện phòng (+28o C), lạnh (4o C) và lạnh đông (-18o C) đến %RS. Kết quả của bước 4 sẽ chọn được nhiệt độ thoái hóa cho
- 78. 62 hàm lượng RScao nhất, đồng thời so sánh được tác động khác nhau của nhiệt độ thoái hóa ở các phương pháp biến đổi. Hoàn thiện các nội dung trên đây sẽ xác định được bộ thông số thực hiện việc biến đổi làm giàu RS ở phương pháp tốt nhất và tìm ra dấu hiệu của sự gia tăng RS. Mục tiêu 3 là ứng dụng tinh bột đậu xanh giàu RS vào bánh quy không gluten sinh đường thấp (bước 5 của sơ đồ Hình 2.1). Cơ sở của sự lựa chọn bánh quy không gluten là để đánh giá khả năng cải thiện cấu trúc của tinh bột kháng từ đậu xanh so với gluten. Chọn loại bánh quy không đường để tạo ra sản phẩm cho người ăn kiêng và thấy rõ vai trò sinh đường thấp khi thay thế loại tinh bột kháng này. Các chỉ tiêu hình dạng, màu sắc, kết cấu và tính chất cảm quan được xác định nhằm chọn ra mẫu tốt nhất có các đặc điểm đặc trưng của bánh quy khi so với mẫu đối chứng có đường và có gluten. 2.2.2 Phương pháp thu nhận tinh bột đậu xanh Thực hiện thu nhận tinh bột đậu xanh dựa theo phương pháp ướt đã được công bố bởi Li (2011) [253] có sửa đổi được mô tả theo quy trình tại Hình 2.2: Hạt đậu xanh Rửa sạch Ngâm tỷ lệ đậu/nước cất: 1/3; 12 giờ, 4o C Bóc vỏ Nghiền với 3 lần nước cất trong 3 phút Lọc qua rây 500 µm và 250 µm Lắng 1 giờ Gạn thu cặn Thêm nước cất ngâm 24 giờ, 4o C Loại bỏ nước Sấy 45o C, 20 giờ (<10% ẩm) Nghiền, rây 125 µm Tinh bột khô Rửa 3 lần với nước cất Hình 2.2 Sơ đồ quy trình thu nhận tinh bột đậu xanh [253]
- 79. 63 Thuyết minh quytrình: đậu xanh từ tủ bảo quản được rửa sạch trước khi ngâm với nước cất tỷ lệ 1/3 trong 12 giờ ở tủ mát ở nhiệt độ +4o C. Hạt đậu sau đó được loại vỏ hoàn toàn. Đậu xanh bỏ vỏ sẽ được nghiền với 3 lần thể tích nước so với đậu trong 3 phút bằng máy xay sinh tố trong 3 phút. Huyền phù tinh bột sẽ được lược qua rây theo thứ tự 500 m và 250 m. Dịch lọc thu được sẽ được lắng tự nhiên trong 1 giờ để thu cặn. Hòa tan cặn lại với nước cất để ngâm trong 24 giờ ở 4o C. Gạn bỏ phần nước trong ở trên, hòa tan và để lắng rửa tinh bột lặp lại 3 lần. Thu phần tinh bột sa lắng và sấy ở 45o C trong 24 giờ cho đến khi tinh bột đạt độ ẩm < 10%. Mảnh tinh bột khô sẽ được nghiền và qua rây 125 m, đóng túi PE để bảo quản, sử dụng cho nghiên cứu (Hình 2.2). 2.2.3 Phương pháp tách tinh bột đậu xanh có sử dụng các chất hỗ trợ làm sạch Tách tinh bột đậu xanh có sử dụng các chất hỗ trợ làm sạch với mục đích tìm ra chất hỗ trợ để thu tinh bột tinh sạch nhất mà không làm thay đổi thành phần và cấu trúc phân tử. Tinh bột được tinh sạch sau đó được dùng cho nghiên cứu chuyên sâu ở cấp độ phân tử sẽ không bị ảnh hưởng bởi các tạp chất khác. Do vậy các kết luận cho sự thay đổi cấu trúc hoàn toàn do những tác động về công nghệ mà không phải từ tinh bột nguyên liệu ban đầu. Quy trình được thực hiện giống như thể hiện ở Hình 2.2, nhưng ở công đoạn ngâm cặn 24 giờ ở 4o C sẽ thực hiện thay đổi với 3 loại chất hỗ trợ làm sạch là Na2SO3 0,2%; NaOH 0,1%, và NaHSO3 0,15% với mẫu đối chứng là sử dụng nước cất. Các chất hỗ trợ tương ứng với nồng độ xác định được sử dụng dựa theo các quy trình thu nhận tinh bột phổ biến từ nhóm đậu đỗ đã được kết luận là tốt nhất của các nghiên cứu như Li (2011) [151], Chang (2006) [105], Chung (2000-2008) [73], Hòa (2006) [282]. Cơ sở của việc sử dụng các hóa chất trên đây là vì NaHSO3 là muối axít yếu, Na2SO3 là dạng muối bazơ yếu đều có thể tạo SO2 có tính khử, chúng phản ứng với chất oxy hóa để chuyển S+4 →S+6 trong quá trình ngâm làm giảm các hợp chất sinh màu. Môi trường kiềm yếu hay axít yếu được tạo ra cũng có tác dụng hòa tan protein, tác động lên các mảnh tế bào còn bám trên bề mặt tinh bột và làm giảm hàm lượng protein. Tuy nhiên khả năng giảm màu và protein của 2 loại này có thể khác nhau do hiệu quả phân ly. NaHSO3 có thể phân ly từ từ nên làm tăng hiệu quả làm sạch hơn so với Na2SO3. NaHSO3 không phản ứng với lipid nhưng có khả năng phản ứng với peroxide tạo ra rượu làm phân cực hóa hơn, sẽ tự động hòa tan vào trong nước. Các giả thiết cũng đề cập chủ yếu là các hóa
- 80. 64 chất mang tínhaxít mạnh hoặc kiềm mạch có tác dụng tách protein tốt hơn trong tinh chế tinh bột. Trong khi đó, NaOH là một chất kiềm mạnh và phân cực nên nó có thể hòa tan protein tốt hơn và dễ hòa tan trong môi trường nước. NaOH phản ứng với chất béo để tạo xà phòng, hòa tan trong nước và dễ loại bỏ. Tuy nhiên NaOH tham gia phản ứng với flavonoid (chất màu trong đậu) có thể tạo màu vàng đậm hơn khi thu nhận tinh bột. Các mẫu tinh bột thu nhận theo thứ tự dùng chất hỗ trợ là nước, Na2SO3, NaOH và NaHSO3 tương ứng với ký hiệu SI1, SI2, SI3 và SI4. Sơ đồ quy trình khảo sát như bố trí ở Hình 2.3. 2.2.4 Phương pháp làm giàu tinh bột kháng từ đậu xanh bằng vi sóng Phương pháp xử lý ẩm nhiệt bằng vi sóng sau đây được gọi tắt là “phương pháp vi sóng” để làm giàu RS được thực hiện theo quy trình mô tả ở Hình 2.4. Tinh bột sau khi thu nhận bằng phương pháp đã lựa chọn trong khảo sát trên sẽ được xác định ẩm. Cân 10g tinh bột đã xác định ẩm ban đầu vào mỗi lọ thạch anh có nút nhám (dung tích 120ml, đường kính 5cm), sau đó thêm nước cất để đạt độ ẩm 25% và cân bằng ẩm ở 4o C, 24 giờ. Tinh bột ẩm sau đó sẽ được vi sóng ở các mức năng lượng theo khảo sát trong 2 phút. Tinh bột sau xử lý vi sóng được trải trên đĩa petri để sấy ở 45o C đến khi độ ẩm < 10%. Tinh bột khô được nghiền qua rây 125 m, đóng gói bảo quản và đo lường. Việc sử dụng lọ thạch anh nút nhám sẽ đảm bảo sự truyền suốt sóng điện từ tới tinh bột mà không bị cản trở bởi Hạt đậu xanh Gạn thu cặn Thêm Na2SO3 0,2% ngâm 24 giờ, 4o C Nghiền, rây 125µm Tinh bột khô Thêm nước cất ngâm 24 giờ, 4o C Thêm NaOH 0,1% ngâm 24 giờ, 4o C Thêm NaHSO3 0,15% ngâm 24 giờ, 4o C Hình 2.3 Sơ đồ quy trình khảo sát quá trình tách và tinh sạch tinh bột đậu xanh
- 81. 65 bao bì chứađựng. Đồng thời chúng còn đảm bảo sự bền vững, an toàn, chống bể vỡ trong quá trình vi sóng (khả năng chịu nhiệt của lọ thạch anh theo khuyến cáo của nhà sản xuất là 1730o C). Nút nhám cùng chất liệu thạch anh đảm bảo độ kín khít và tránh bật nắp, thoát ẩm trong quá trình vi sóng. Để đảm bảo sự phân bố đồng đều nhiệt trên toàn bộ mẫu, tỷ lệ giữa khối lượng mẫu/thể tích lọ (khoảng 1/8) và số gam tinh bột/mẫu (10g tinh bột/mẫu) được cố định. Quy trình, yếu tố cố định, yếu tố khảo sát và thứ tự bố trí thí nghiệm được thể hiện dưới đây: 10g mẫu tinh bột đã xác định ẩm Đổ vào bình thạch anh đậy kín Thêm nước cất để có độ ẩm theo bố trí khảo sát Giữ 4o C, 24 giờ để cân bằng ẩm Lấy mẫu ra vi sóng ở mức năng lượng và thời gian theo bố trí khảo sát Sấy 45o C, 24 giờ (độ ẩm <10%) Mẫu tinh bột biến đổi bằng vi sóng 10g mẫu tinh bột Thêm nước rửa và ly tâm lần cuối, thu cặn Sấy khô đến % ẩm tốt nhất đã khảo sát của vi sóng Vi sóng ở mức năng lượng và thời gian tốt nhất đã khảo sát Sấy 45o C, 24 giờ (độ ẩm <10%) Mẫu tinh bột biến đổi bằng enzyme kết hợp vi sóng Thủy phân bằng enzyme tại điều kiện tôt nhất đã khảo sát Hình 2.4 Sơ đồ quy trình biến đổi tinh bột bằng vi sóng (Wang, 2019 [128]) Hình 2.6 Sơ đồ quy trình làm giàu RS bằng enzyme kết hợp vi sóng Ba khảo sát được bố trí theo 3 thí nghiệm về yếu tố ảnh hưởng mạnh trong xử lý vi sóng đến hàm lượng tinh bột kháng với các thông số cố định được trình bày trong Bảng 2.3. Bảng 2.3 Bảng các yếu tố cố định trong phương pháp xử lý tinh bột bằng vi sóng STT Tên Lượng/thông số 1 Số gam tinh bột mỗi mẫu thí nghiệm 10g 2 Nhiệt độ, thời gian để cân bằng ẩm cho tinh bột trước vi sóng 4o C, 24 giờ 3 Độ ẩm tinh bột đưa vào vi sóng 25% 4 Thời gian vi sóng 2 phút 5 Nhiệt độ, thời gian sấy tinh bột sau vi sóng 45o C, 24 giờ 6 Độ ẩm mẫu tinh bột đạt được sau sấy <10% 7 Số lần thí nghiệm/ 1 mẫu 3 lần 8 Số lần thực hiện/ mẫu 3
- 82. 66 + Thí nghiệm1 (TN1): Ảnh hưởng của mức năng lượng vi sóng đến lượng tinh bột kháng • Yếu tố cố định như Bảng 2.3. • Yếu tố khảo sát: mức năng lượng vi sóng (khoảng khảo sát từ 250w/10g-650w/10g với bước nhảy 100w dựa trên nghiên cứu của Li (2018) [215], Kumar (2020) [286], Xie (2013) [287] và Zhang (2009) [181]) được bố trí như Bảng 2.4. Bảng 2.4 Bảng bố trí thí nghiệm khảo sát về mức năng lượng vi sóng đến %RS Ký hiệu mẫu MP0 MP1 MP2 MP3 MP4 MP5 Mức năng lượng (w/10g) 0 250 350 450 550 650 Chỉ tiêu đo lường %RS, %AM, 𝐷𝑃 𝑛 ̅̅̅̅̅̅ , % phân bố nhánh trong AP Hàm mục tiêu -Chọn mẫu cho hàm lượng RS cao nhất. -Giải thích cơ sở của sự thay đổi RS bằng AM, DPn ̅̅̅̅̅ và phân bố nhánh trong AP. + Thí nghiệm 2 (TN2): Ảnh hưởng của độ ẩm tinh bột đến hàm lượng tinh bột kháng • Yếu tố cố định như Bảng 2.3 và mức năng lượng vi sóng đã được chọn ở TN1. • Yếu tố khảo sát: độ ẩm tinh bột (khoảng khảo sát độ ẩm tinh bột từ 8,5% đến 30% dựa trên cơ sở nghiên cứu của Lewicka (2015) [292], Braşoveanu (2014) [36] và Zhang (2009) [181]) được bố trí thí nghiệm như Bảng 2.5. Bảng 2.5 Bảng bố trí thí nghiệm khảo sát về độ ẩm tinh bột đến %RS Ký hiệu mẫu MM0* MM1 MM2 MM3 MM4 MM5 Độ ẩm tinh bột (%) ban đầu 10 15 20 25 30 Chỉ tiêu đánh giá và hàm mục tiêu tương tự như trong TN1. Chú thích: MM0* là độ ẩm của tinh bột thu nhận + Thí nghiệm 3 (TN3): Ảnh hưởng của thời gian vi sóng đến hàm lượng tinh bột kháng • Yếu tố cố định như Bảng 2.3, mức năng lượng vi sóng và độ ẩm là kết quả thu được từ TN1 và TN2. • Yếu tố khảo sát: thời gian vi sóng (khoảng khảo sát từ 1 - 5 phút dựa theo các nghiên cứu của Kumar (2020) [286], Li (2018) [39], Li (2019b) [295] và Xie (2013) [287]) được bố trí thí nghiệm như Bảng 2.6. Bảng 2.6 Bảng bố trí thí nghiệm khảo sát về thời gian vi sóng đến %RS Ký hiệu mẫu MT0 MT1 MT2 MT3 MT4 MT5 Thời gian vi sóng (phút) 0 1 2 3 4 5 Chỉ tiêu đánh giá và hàm mục tiêu tương tự như trong TN1.
- 83. 67 2.2.5 Phương pháplàm giàu tinh bột kháng từ đậu xanh bằng xử lý bởi enzyme Phương pháp khử nhánh bằng enzyme pullulanase sau đây được gọi tắt bằng “phương pháp enzyme” sẽ thực hiện theo quy trình mô tả ở Hình 2.5. 10g mẫu tinh bột Đổ vào erlen cổ nhám 500ml Thêm dung dịch đệm acetate 0.1M, pH 5.3 với tỷ lệ tinh bột/đệm theo bố trí khảo sát Gia nhiệt trong bể ổn nhiệt ở 100o C trong 10 phút, lắc mỗi 2 phút Làm nguội đến 55o C Vô hoạt enzyme bằng 3 thể tích cồn 99o Duy trì mẫu ở 55o C, thời gian thủy phân theo khảo sát trong bể lắc Bổ sung pullulanase với nồng độ theo bố trí khảo sát Ly tâm thu cặn ở 3000×g, 15 phút Thêm nước rửa và ly tâm tương tự, thu cặn Sấy 45o C, 24 giờ (độ ẩm <10%) Mẫu tinh bột biến đổi bằng enzyme Hình 2.5 Sơ đồ quy trình biến đổi tinh bột bằng enzyme khử nhánh [254] Tinh bột được cân 10 g cho mỗi bình erlen cổ nhám 500 ml, sau đó thêm dung dịch đệm acetat 0,1N (pH 5.3) với tỷ lệ 1/15. Gia nhiệt trong bể ổn nhiệt ở 100o C trong 10 phút và thực hiện khuấy mỗi 2 phút. Hỗn hợp bột hồ hóa được làm nguội xuống 55o C và bổ sung enzyme pullulanase với nồng độ theo khảo sát. Duy trì chế độ thủy phân trong thiết bị ủ nhiệt có lắc trong 20 giờ. Kết thúc hoạt động thủy phân bằng cách thêm 3 lần thể tích cồn 99o . Huyền phù tinh bột rửa bằng nước cất và được ly tâm thu cặn. Cặn tinh bột sau thủy phân được trải trên đĩa petri và sấy ở 45o C đến khi độ ẩm <10%. Tinh bột được nghiền qua rây 125 m, đóng gói, bảo quản và đo lường. Mỗi thí nghiệm trong xử lý tinh bột bằng enzyme đều tính toán hao hụt ở phần thu sản phẩm cuối (tính theo % chất khô) để so sánh hiệu quả với các phương pháp xử lý khác. Ba yếu tố ảnh hưởng mạnh nhất của phương pháp enzyme được bố trí theo thứ tự thí nghiệm ở các bảng dưới đây. Các yếu tố cố định cho các khảo sát mô tả ở Bảng 2.7. + Thí nghiệm 4 (TN4): Ảnh hưởng của nồng độ enzyme đến hàm lượng tinh bột kháng • Yếu tố cố định: như Bảng 2.7.
- 84. 68 Bảng 2.7 Bảngcác yếu tố cố định trong phương pháp xử lý bằng enzyme STT Tên Lượng/thông số 1 Số gam tinh bột mỗi mẫu thí nghiệm 10g 2 Nhiệt độ thủy phân 55o C 3 Thời gian thủy phân 20 giờ 4 Tỷ lệ tinh bột/đệm acetate nồng độ 0.1M, pH=5.3 1/15 5 Số thể tích cồn 99o /mẫu để vô hoạt enzyme 3 lần 6 Tốc độ và thời gian ly tâm 3000x g, 15 phút 7 Độ ẩm tinh bột sau sấy 8,7% 8 Nhiệt độ và thời gian sấy mẫu sau thủy phân 45o C, 24 giờ 9 Thời gian thoái hóa 0 giờ 10 Số lần thí nghiệm/1 mẫu 3 lần • Yếu tố khảo sát: Nồng độ enzyme thủy phân (khảo sát từ 20 upun/g đến 40 upun/g dựa trên các nghiên cứu trước [33], [154]) được bố trí thí nghiệm như Bảng 2.8. Bảng 2.8 Bảng bố trí thí nghiệm khảo sát về nồng độ enzyme đến %RS Ký hiệu mẫu EC0 EC1 EC2 EC3 EC4 EC5 Nồng độ enzyme (U/g) - 20U/g 25U/g 30U/g 35U/g 40U/g Chỉ tiêu đo lường %RS, %AM, 𝐷𝑃𝑛 ̅̅̅̅̅ , % phân bố nhánh trong AP Hàm mục tiêu -Chọn mẫu có hàm lượng RS cao nhất. -Giải thích cơ sở của sự thay đổi RS bằng AM, 𝐷𝑃 𝑛 ̅̅̅̅̅ và phân bố nhánh trong AP. + Thí nghiệm 5 (TN5): Ảnh hưởng của tỷ lệ tinh bột/ đệm đến hàm lượng tinh bột kháng • Yếu tố cố định: như Bảng 2.7, nồng độ enzyme được chọn trong TN4. • Yếu tố khảo sát: tỷ lệ tinh bột/đệm (tỷ lệ thay đổi từ 1/10 – 1/30 theo các nghiên cứu trước [107], [33], [302], [229]) được bố trí thí nghiệm như Bảng 2.9. Bảng 2.9 Bảng bố trí thí nghiệm khảo sát về tỷ lệ tinh bột/đệm đến %RS Ký hiệu mẫu ER0 ER1 ER2 ER3 ER4 ER5 Tỷ lệ tinh bột/ đệm - 1/10 1/15 1/20 1/25 1/30 Chỉ tiêu đánh giá và hàm mục tiêu tương tự như trong TN4. + Thí nghiệm 6 (TN6): Ảnh hưởng của thời gian thủy phân bằng enzyme đến %RS. • Yếu tố cố định: như Bảng 2.7, nồng độ enzyme được chọn trong TN4, tỷ lệ tinh bột/nước được chọn ở TN5. • Yếu tố khảo sát: thời gian thủy phân (thời gian thủy phân từ 8 - 24 giờ được khảo sát theo các nghiên cứu trước [180], [33], [97], [308]), bố trí thí nghiệm như Bảng 2.10.
- 85. 69 Bảng 2.10 Bảngbố trí thí nghiệm khảo sát về thời gian thủy phân đến %RS Ký hiệu mẫu ET0 ET1 ET2 ET3 ET4 ET5 Thời gian thủy phân (giờ) 0 8 12 16 20 24 Chỉ tiêu đánh giá và hàm mục tiêu tương tự như trong TN4. 2.2.6 Phương pháp làm giàu tinh bột kháng từ tinh bột đậu xanh bằng kết hợp enzyme và vi sóng Phương pháp khử nhánh bằng enzyme pullulanase kết hợp với xử lý ẩm nhiệt bằng vi sóng sau đây được gọi tắt là “phương pháp enzyme-vi sóng”. Thực hiện theo thứ tự như sau: đầu tiên xử lý tinh bột theo phương pháp enzyme, sau đó là phương pháp vi sóng với các thông số kỹ thuật cho RS cao nhất đã được xác định trong các thí nghiệm ở các phương pháp đơn lẻ (Hình 2.6). Tinh bột sẽ cắt nhánh bằng pullulanase tại nồng độ, tỷ lệ tinh bột/đệm và thời gian thủy phân tốt nhất từ TN4, TN5, TN6 cho đến công đoạn thêm nước rửa và ly tâm thu cặn. Cặn tinh bột sẽ được làm nhỏ và sấy đến độ ẩm cho RS cao nhất trong phương pháp vi sóng (kết quả của TN2). Tinh bột tiếp tục được đưa vào vi sóng ở mức năng lượng và thời gian tốt nhất thu được từ kết quả của TN1 và TN3. Kết thúc quá trình vi sóng, tinh bột được sấy khô ngay ở 45o C trong 24 giờ đến độ ẩm < 10%. Tinh bột khô được nghiền, bảo quản để thực hiện các phép đo và nghiên cứu tiếp theo. Ký hiệu mẫu thu được là EM-NS, mẫu trắng không biến đổi ký hiệu là NS (Hình 2.6). - Thí nghiệm 7 (TN7): So sánh hàm lượng, thành phần, cấu trúc của RS tạo ra bằng 3 phương pháp (vi sóng, enzyme và kết hợp enzyme-vi sóng) tại điều kiện xử lý tinh bột tốt nhất theo bố trí ở Bảng 2.11. Bảng 2.11 So sánh hình thái, cấu trúc của các mẫu tinh bột có RS cao nhất ở các phương pháp xử lý đơn lẻ và kết hợp Ký hiệu mẫu NS* Mopt Eopt EMopt Mẫu có RS cao nhất từ phương pháp biến đổi - Vi sóng Enzyme Enzyme-vi sóng Các chỉ tiêu đo lường % RS, %AM, 𝐷𝑃 𝑛 ̅̅̅̅̅, phân bố nhánh trong AP, SEM, Xray, FTIR. Hàm mục tiêu -Tìm phương pháp biến đổi để tạo RS cao nhất. -Tìm cơ sở của sự thay đổi hàm lượng RS. * Chú thích: NS là mẫu tinh bột tự nhiên chưa qua biến đổi
- 86. 70 2.2.7 Phương phápxác định ảnh hưởng của quá trình thoái hóa đến khả năng làm giàu tinh bột kháng Do cơ sở của các phương pháp làm giàu được lựa chọn trong nghiên cứu này sự cắt mạch phân tử AM (vi sóng) và khử nhánh với AP (enzyme) nên kết quả tạo ra là những chuỗi mạch thẳng sau hồ hóa chúng sẽ dễ dàng thoái hóa trong 24 giờ. Nên mục đích của thí nghiệm này chủ yếu khảo sát sự ảnh hưởng của nhiệt độ thoái hóa của các mẫu tinh bột sau khi xử lý bằng phương pháp đơn lẻ vi sóng, enzyme và kết hợp enzyme-vi sóng ở các nhiệt độ khác nhau. Kết quả dự kiến là tìm ra nhiệt độ thoái hóa cho hàm lượng RS cao nhất ở mỗi phương pháp. Theo đó các mẫu sau xử lý sẽ tiến hành thoái hóa theo 3 mức nhiệt độ khác nhau (+28o C, +4o C và -18o C) trong 24 giờ sau đó sấy khô để bảo quản và đo lường. Mẫu trắng là mẫu thực hiện theo các thông số đã khảo sát tốt nhất ở các phương pháp, là mẫu sấy ngay mà không thoái hóa. Ký hiệu tương ứng cho các mẫu của các yếu tố khảo sát cho phương pháp vi sóng là M-NS, M-R, M-4 và M-18; phương pháp enzyme là E-NS, E-R, E-4 và E-18 và phương pháp kết hợp enzyme-vi sóng là EM-NS, EM-R, EM-4 và EM-18 (Hình 2.7). 2.2.8 Phương pháp sản xuất bánh quy Các nguyên liệu được chuẩn bị theo công thức trong Bảng 2.12. Khối lượng 1 mẻ trộn tính theo khối lượng bột gạo là 1000 g. Các loại bột và tinh bột được trộn khô, sau đó Mẫu tinh bột Biến đổi bằng vi sóng tại điều kiện tốt nhất đã khảo sát Mẫu M-NS Mẫu E-NS Mẫu EM-NS Giữ đông lạnh -18o C, 24 giờ Giữ trong lạnh 4o C, 24 giờ Giữ nhiệt độ phòng, 24 giờ Mẫu M-4 Mẫu E-4 Mẫu EM-4 Mẫu M-R Mẫu E-R Mẫu EM-R Mẫu M-18 Mẫu E-18 Mẫu EM-18 Biến đổi bằng enzyme tại điều kiện tốt nhất đã khảo sát Biến đổi bằng enzyme-vi sóng tại điều kiện tốt nhất đã khảo sát Sấy 45o C, 24 giờ (độ ẩm <10%) Sấy 45o C, 24 giờ (độ ẩm <10%) Sấy 45o C, 24 giờ (độ ẩm <10%) Sấy 45o C, 24 giờ (độ ẩm <10%) Hình 2.7 Sơ đồ quy trình khảo sát ảnh hưởng của nhiệt độ thoái hóa
- 87. 71 thêm bột nổi,muối, đường từ cỏ ngọt trộn chậm trong 3 phút. Bơ đánh bông riêng thời gian 3 phút, bổ sung trứng đã trộn đều trước cho đến khi hỗn hợp đồng nhất. Cho tiếp hỗn hợp bột khô đã trộn sẵn vào đánh chậm 2 phút và đánh nhanh 3 phút. Khối bột nhào đạt yêu cầu khi các thành phần kết dính với nhau, tạo khối mịn, không chảy dầu, không dính tay, đàn hồi, dễ tạo hình. Sau nhào trộn, bột nhào sẽ được đem tạo hình ngay. Tiến hành tạo hình bằng cách cán bột nhào trên máy cán, dày 0,4 cm, dùng khuôn cắt hình tròn đường kính 5,5 cm để tạo hình. Bánh được đưa vào nướng ngay sau khi tạo hình ở 170o C nhiệt trên và 180o C nhiệt dưới trong thời gian 17 phút. Bánh sau khi nướng được làm nguội tự nhiên trong phòng mát 22o C trong 15 phút. Sau làm nguội, bánh được bao gói trong màng polypropylene và đóng túi bằng màng PE, hàn kín và được xếp vào hộp giấy có khuôn sẵn để bảo quản 6 tháng và xác định các chỉ tiêu. Sơ đồ quy trình chi tiết được trình bày ở Phụ lục Hình 1 Nội dung 5. - Công thức bánh quy không đường, không gluten theo Xiao (2019) [255] có sửa đổi theo Bảng 2.12 dưới đây: Bảng 2.12 Bảng thành phần nguyên liệu trong công thức bánh quy Thành phần nguyên liệu Khối lượng trong công thức (g) Bột gạo Nhật 1000 Trứng 600 Bơ 300 Muối 10 Bột nổi 20 Đường cỏ ngọt/đường mía 20/400 Vani 0,2 Ký hiệu cho mẫu sử dụng 100% bột mỳ và đường saccharose là WS-mẫu đối chứng, 100% bột mỳ, 100% bột gạo, thay 15%, 20%, 25%, 30%, 35%, 40%, 45% bột gạo bằng RS đậu xanh và không sử dụng đường saccharose tương ứng là W, R, RS15, RS20, RS25, RS30, RS35, RS40, RS45. Mục đích của khảo sát này là tìm ra tỷ lệ tinh bột đậu xanh giàu RS thay thế bột gạo trong công thức bánh quy không đường không gluten khi so sánh tính chất với mẫu có đường và có gluten. Qua đó xác định được tính chất chức năng của tinh bột đậu xanh sau biến đổi và xác định các chỉ tiêu chất lượng của bánh quy như tính chất cảm quan, hóa lý, hàm lượng RS, chỉ số đường huyết và xác nhận các chỉ tiêu an toàn vệ sinh thực phẩm.
- 88. 72 2.2.9 Các phươngpháp phân tích Các chỉ tiêu hóa học, hóa lý, vật lý, cơ lý, cấu trúc, vi sinh, cảm quan trong nguyên liệu hạt, tinh bột, bánh quy được phân tích theo các phương pháp dưới đây: 2.2.9.1 Xác định thành phần hóa học, kim loại nặng và vi sinh: Bảng 2.13 Bảng 2.13 Các phương pháp xác định thành phần hóa học và chỉ tiêu vi sinh trong nghiên cứu Tên chỉ tiêu Phương pháp Tên chỉ tiêu Phương pháp Độ Ẩm AOAC 925.40; AACCI 44-15A, Chì AOAC 2013.06 Protein AOAC 2001.11; AACCI 46-10, 2000 Cadimi AOAC 2013.06 Chất béo AOAC 920.39; AACCI 30-10, 2000 Tổng vi sinh vật hiếu khí ISO 7032:2004 Tro AOAC 942.05; AACCI 08-01, 2000 Presumptive Bacillus cereus ISO 7037:2004 Carbonhydrate Tính toán theo FAO Clostridium perfringens ISO 7032:2006 Đường tổng TCVN 4594: 1988 Coliform AOAC 975.55 Năng lượng Tính toán theo FAO Escherichia coli ISO 16649-2:2001 Tinh bột tổng AACC 76-13.01 Staphylococus aureus AOAC 942.05 Xơ thô AACC-2000-07-01 Tổng nấm men và nấm mốc ISO 21527-2:2008 Độ tinh sạch Hung, 20051 Chú thích: 1 .Độ tinh sạch của tinh bột xác định theo Hung (2005) [256] dựa theo công thức: % Độ tinh khiết của tinh bột (theo chất khô) = 100% - % protein - % lipid - % tro - % xơ 2.2.9.2 Xác định hàm lượng RS của tinh bột đậu xanh và bánh quy: đánh giá bằng bộ xét nghiệm tinh bột kháng của Megazyme (Megazyme International, Wicklow, Ireland) theo phương pháp AOAC 2002.02 đã được phê duyệt. Cân 100 mg tinh bột và trộn với 4 ml hỗn hợp enzyme, bao gồm α-amylase tuyến tụy (10 mg/ml) và amyloglucosidase-AMG (3 U/ml), trong một ống nghiệm có nắp. Sau khi lắc, ống mẫu được thủy phân trong tủ ủ ổn nhiệt có lắc (200 lần/phút) trong 16 giờ ở 37°C để thủy phân các tinh bột dễ tiêu hóa. Kết thúc quá trình thủy phân, huyền phù tinh bột được trộn với 4 ml ethanol tuyệt đối và được trộn mạnh bằng máy votex để khử hoạt tính của các enzym. RS được thu hồi dưới dạng cục vón nhỏ bằng cách ly tâm ở 1500×g trong 10 phút. Các cục vón tinh bột được rửa hai lần bằng ethanol 50% để loại bỏ tinh bột đã tiêu hóa và tiếp tục ly tâm. Cặn lắng thu được sẽ hòa tan trong 2 ml KOH 2M bằng cách khuấy mạnh trong 20 phút trong bể nước đá và sau đó được trung hòa bằng 8 ml đệm natri axetat 1,2M (pH 3.8). Sau khi trộn với 0,1 ml AMG (3300 U/ml) trong bể ổn nhiệt 50o C, mẫu tiếp tục được trộn bằng máy
- 89. 73 vortex 30 phútnữa. Dung dịch sau đó được ly tâm ở 1500×g trong 10 phút, và phần nổi phía trên được thu hồi. Một phần dịch nổi phía trên (0,1 ml) được trộn với 3 ml glucose oxidase, peroxidase và 4-aminoantipyrine. (GOPOD), sau đó ủ ở 50°C trong 20 phút. Độ hấp thụ của các mẫu được đo ở bước sóng 510 nm bằng máy quang phổ. Mỗi mẫu được phân tích trong ba lần. Lượng RS được tính bằng công thức sau: RS (%) = ΔE x F/W x 90 Trong đó: ΔE độ hấp thu đã trừ mẫu trắng F là hệ số chuyển dổi từ độ hấp thu sang micrograms của mẫu tiêu chuẩn chia cho độ hấp thụ của mẫu GOPOD. W là khối lượng mẫu. 90 là kết quả của phép chia 162/180 (hệ số chuyển đổi từ D-glucose tự do sang dạng anhydro-D-glucose). 2.2.9.3 Xác định hàm AM của tinh bột: sử dụng phương pháp AACC 61-03.01. Cân 10 mg tinh bột, thêm 0,2 ml ethanol và 1,0 ml nước cất. Đun nóng hỗn hợp 10 phút ở 100o C. Sau đó để nguội đến nhiệt độ phòng và phân tán trong 0,5 ml dung dịch NaOH 1M. Sau khi đun cách thủy 10 phút, lắc đều để hòa tan, dịch hồ tinh bột được điều chỉnh về pH 6.5 bằng HCl 1M. Pha loãng dịch đến 10 ml bằng nước cất. Hút 0,4 ml dịch hồ tinh bột trộn với 0,4 ml dung dịch iốt 0,2% và thêm nước cất đến 10 ml. Sau khi ủ trong 2 giờ ở nhiệt độ phòng, dung dịch iốt - tinh bột được đo độ hấp thụ ở bước sóng 620 nm bằng máy quang phổ (Shimadzu UV-160A, Nhật Bản). Hàm lượng AM được xác định bằng cách sử dụng đường chuẩn AM. Đường chuẩn AM thu được khi sử dụng các dung dịch có tỷ lệ AM/AP chuẩn thay đổi từ 0/1,0 đến 10/0 tính theo mg (các bước tiến hành khi xây dựng đường chuẩn tương tự như phần xử lý mẫu). 2.2.9.4 Xác định hình thái của tinh bột và cấu trúc lỗ xốp của bánh quy: kiểm tra bằng kính hiển vi điện tử quét (Scanning Electron Microscope - SEM) loại JEOL JSM - 6480 LV, Jed LTD, Tokyo, Nhật Bản cho phép tạo ra ảnh với độ phân giải cao của bề mặt mẫu vật bằng cách sử dụng một chùm điện tử (chùm các electron) hẹp quét trên bề mặt vật mẫu. Việc tạo ảnh của mẫu vật được thực hiện thông qua việc ghi nhận và phân tích các bức xạ phát ra từ tương tác của chùm điện tử với bề mặt mẫu vật. Khi xem xét hình ảnh của SEM ta được những thông số như: khoảng kích thước hạt tinh bột, hình dạng hạt,
- 90. 74 trạng thái bềmặt hạt. Mẫu hạt tinh bột được đặt trên bề mặt của giá đỡ mẫu, được phủ một lớp vàng/paladi (60/40 w/w) và quan sát khi cài đặt các thông số như góc chụp 2𝜃, điện thế gia tốc từ 10 – 20 kV, độ phóng đại 50 đến 2.000 lần [257]. 2.2.9.5 Xác định kích thước hạt tinh bột (LDS): sự phân bố kích thước hạt được xác định bằng cách sử dụng máy phân tích phân bố kích thước hạt nhiễu xạ laze (Specifica LA- 950, HORIBA, Nhật Bản). Các hạt tinh bột được phân tán trong ethanol (99,5%), và kích thước của các hạt tinh bột được chụp bởi Hệ thống quang học gốc LA-950. Dữ liệu thu được được phân tích bằng HORIBA LA-950 cho Windows, Nhật Bản [55]. Các thí nghiệm được thực hiện ba lần cho mỗi mẫu. 2.2.9.6 Xác định mức độ polyme hóa trung bình của tinh bột: mức độ trùng hợp trung bình (𝐷𝑃𝑛 ̅̅̅̅̅) của tinh bột đậu xanh được đánh giá dựa trên phương pháp của Hung (2005). Hỗn dịch tinh bột được chuẩn bị bằng cách trộn 30 mg tinh bột với 0,2 ml ethanol 80% và 1 ml dimetyl sulfoxit 90% (DMSO). Sau khi hòa tan với 2 ml nước cất, mẫu được đun sôi trong 15 phút, lắc mỗi 5 phút. Định mức lên 10 ml bằng nước cất, trộn bằng vortex, dịch tinh bột được sử dụng để đo tổng lượng glucose và tổng nồng độ gốc khử. 𝐷𝑃𝑛 ̅̅̅̅̅ được tính bằng tổng lượng carbohydrate (TG) chia cho tổng lượng đường khử của tinh bột (TRR) (𝐷𝑃𝑛 ̅̅̅̅̅̅̅ = 𝑇𝐺/𝑇𝑅𝑅). 2.2.9.7 Sự phân bố chiều dài nhánh trong amylopectin (AP distribution): chiều dài chuỗi trung bình (𝐶𝐿𝑛 ̅̅̅̅̅̅) và sự phân bố chiều dài nhánh (%) của phân tử AP được xác định bằng cách sử dụng hệ thống sắc ký trao đổi ion hiệu năng cao với đầu dò xung điện (HPAEC- PAD) Dionex ICS 3000 (Dionex Corporation, Hoa Kỳ) theo phương pháp được mô tả bởi Bertoft (2004) [258]. Theo phân loại của Hizukuri (1986), chuỗi nhánh của AP được chia thành chuỗi A, B và C và được tổ chức theo mô hình cụm. Trong xác định phân bố bằng HPAEC - PAD, kết quả thể hiện được tổng hợp diện tích peak theo độ dài chuỗi, cụ thể là chuỗi A (DP 6−12), chuỗi B1 (DP 13−24), B2 (DP 25−36) và B3 (DP > 36) (Hanashiro, 1996). Tinh bột (4 mg) được hòa tan bằng DMSO (1,0 ml) và sau đó được phân nhánh bằng cách sử dụng isoamylase (700 U/ml). Dung dịch được ủ ở nhiệt độ môi trường qua đêm, và enzym bị bất hoạt bằng cách đun sôi trong bể cách thủy trong 5 phút. Ly tâm tách cặn ở 5000g, sau đó pha loãng, lọc qua màng lọc 0,45 µm, dung dịch tinh bột được bơm vào hệ thống HPIC. Sử dụng pha động gồm dung môi A (150 mM NaOH) và dung môi B (150 mM NaOH, 500 mM NaOAc). Dạng gradient của pha động như sau:
- 91. 75 15% –36% Btrong 0 –9 phút, 36% – 45% B trong 9 – 18 phút và 45% – 100% B trong 18 – 110 phút. Tốc độ dòng là 0,4 ml/phút, nhiệt độ cột 30o C. Phổ chuẩn được chạy trên dãy maltosedextrin từ 3-70 gốc glucose (Nội dung 3, Mục 4, Phụ Lục). Các chất chuẩn được thực hiện để xác định peak tương ứng theo số gốc glucose theo thời gian lưu tạo ra phổ chuẩn. Soi chiếu thời gian lưu của các peak trong mẫu thử với phổ chuẩn và để xác định các giá trị DP từ thấp đến cao theo mối quan hệ tuyến tính giữa thời gian lưu và mức độ polyme hóa. 𝐶𝐿𝑛 ̅̅̅̅̅ của AP được tính toán dựa trên tổng diện tích peak đạt 50% so với tổng diện tích toàn bộ peak của AP. Mẫu tinh bột chưa biến đổi và biến đổi bằng vi sóng sẽ thực hiện toàn bộ quy trình xác định. Với mẫu có biến đổi bằng enzyme sẽ bắt đầu tiến hành từ bước pha loãng, lọc và tiến hành đo lường để đánh giá. 2.2.9.8 Xác định cấu trúc kết tinh của tinh bột bằng XRD: dựa vào hiện tượng các tia X nhiễu xạ trên các mặt tinh thể chất rắn, tính tuần hoàn dẫn đến việc các mặt tinh thể đóng vai trò như một cách tử nhiễu xạ. Kết quả của thí nghiệm với X-ray, sẽ cho biết cấu trúc kết tinh của nguyên liệu thuộc loại A, B hay C và % tinh thể có ở trong mẫu. Phân tích nhiễu xạ tia X được thực hiện bằng máy đo nhiễu xạ tia X (Rigaku Co., Ltd, loại Rint 2000, Tokyo, Nhật Bản), hoạt động từ 2o đến 35o góc quét 2θ với tốc độ quét 8°/phút và bước quét 0.02o ở 40 kV và 80 mA [259]. Loại tinh thể được xác định dựa vào các peak đặc trưng. Mức độ kết tinh tương đối (%RC) được tính bằng tỷ số giữa diện tích các peak so với với tổng diện tích nhiễu xạ [259]. 2.2.9.9 Xác định cấu trúc tinh bột bằng 13C CP/MAS NMR solid: dùng cộng hưởng từ hạt nhân trạng thái rắn 13C phân cực chéo (CP-cross-polarization) và góc quay (MAS- Magic Angle Spinning) để đo mức độ kết tinh, tỷ lệ xoắn kép và % vô định hình được hình thành trong quá trình thoái hóa hồ tinh bột làm giàu RS. Quá trình được thực hiện trên máy quang phổ AVANCE III HD 400 MHz (Bruker, Đức) được trang bị cộng hưởng kép đầu dò HXY-MAS 4 mm ở tần số cao 100,613 MHz. Các mẫu được quay với tốc độ 10 kHz, độ kết tinh tương đối, hàm lượng xoắn kép/ đơn và tỷ lệ pha vô định hình (PPA- Proportion of amorphous phase) được ước tính bằng phần mềm PeakFit (SeaSolve Inc., Framingham, MA, USA) theo các phương pháp được mô tả bởi Atichokudomchai (2004) [260] và Zeng (2016) [38]. Độ kết tinh tương đối, tỷ lệ xoắn kép, %PPA theo thứ tự được ước tính dựa vào diện tích peak C1, C4 và cụm C2,3,5 so với tổng diện tích peak của phổ và định lượng bằng phần mềm Mest ReNova [260]
- 92. 76 2.2.9.10 Xác địnhcấu trúc tinh bột bằng FTIR: phân tích phổ hồng ngoại biến đổi Fourier của tinh bột có thể cung cấp thông tin về những thay đổi trong trật tự phân tử và mức độ xoắn kép ở phạm vi tầm ngắn. Các dải hấp thụ IR ở 995 cm-1 và 1047 cm-1 có liên quan đến cấu trúc có trật tự và tinh thể ngậm nước của tinh bột, trong khi đỉnh ở 1022 cm-1 liên quan đến cấu trúc vô định hình. Do vậy, tỷ lệ diện tích tích hợp của các dải hấp thụ ở 1047/1022 cm-1 và 995/1022 cm-1 được sử dụng để định lượng các thay đổi bên trong về mức độ trật tự (DO) và mức độ xoắn kép (DD) của phân tử tinh bột. Sử dụng phân tích cấu trúc tầm ngắn của tinh bột bằng máy quang phổ ATR PRO ONE - JASCO FT/IR - 4700 thông lượng cao (Deutschland GmbH, Đức) theo phương pháp của Ma (2018). Tinh bột (2 mg, tính theo chất khô) được trộn với KBr (200 mg) và sau đó ép thành tấm. Phổ hồng ngoại biến đổi Fourier (FT-IR) của tinh bột thu được bằng cách quét từ 4.000 đến 500 cm-1 ở độ phân giải 4 cm-1 với sự tích lũy của 64 lần quét. Mức độ trật tự phân tử (DO) được tính theo tỷ lệ 1047/1022 cm-1 và mức độ xoắn kép (DD) là 995/1022 cm-1 [107]. 2.2.9.11 Xác định độ trương nở của tinh bột (Hung, 2005) [256]: các ống ly tâm (m1) có chứa 0,16 g (m0) mẫu tinh bột và thêm vào 5 ml nước cất. Các ống sau đó được lắc bằng máy lắc Vortex và gia nhiệt ở 50o C, 60o C, 70o C, 80o C, 90o C trong 30 phút, khuấy lắc mỗi 3 phút. Sau đó mẫu tinh bột được làm lạnh nhanh đến nhiệt độ phòng bằng cách ngâm trong nước lạnh và ly tâm ở 3000×g trong 15 phút. Loại bỏ phần nổi ở trên một cách cẩn thận, thấm khô và cân khối lượng ống ly tâm và phần cặn (m2). Mức độ trương nở được xác định bằng công thức sau: Khả năng trương nở (g/g) = 0 1 2 m m m − Chú thích: m2: khối lượng ống chứa mẫu tinh bột trương nở (g) m1: khối lượng ống ly tâm (g) m0: khối lượng mẫu cân (g) 2.2.9.12 Xác định khả năng hòa tan của tinh bột: xác định theo Hung (2016) [40]: mẫu tinh bột (0.5 g = mm) được cho vào ống nghiệm 50 ml, sau đó cho 30 ml nước cất. Các mẫu được đun cách thủy trong bể ủ nhiệt trong khoảng từ 50℃ đến 90℃ với bước nhảy là 10℃ trong 30 phút, tiến hành khuấy mẫu 5 phút một lần. Các ống nghiệm sau đó được
- 93. 77 làm lạnh nhanhđến nhiệt độ phòng bằng nước và ly tâm ở 1500×g trong khoảng 30 phút. Thu lấy dịch trong phía trên ống ly tâm phần tinh bột hòa tan cho vào vật chứa đã được cân lấy khối lượng trước đó (mđ), đem sấy ở nhiệt độ 120o C trong 4 giờ, sau đó cân lại khối lượng vật chứa (ms). Độ hòa tan của tinh bột được tính bằng cách lấy thương của khối lượng phần nổi trên bề mặt đã được sấy khô và khối lượng tinh bột ban đầu. Khả năng hòa tan (%) = 100 − m đ s m m m Chú thích: ms: khối lượng ống và mẫu đã sấy đến khối lượng không đổi (g) mđ: khối lượng ống không đã sấy đến khối lượng không đổi (g) mm: khối lượng mẫu ban đầu (g) 2.2.9.13 Xác định đặc tính hồ của tinh bột: nhiệt độ hồ hóa (GT), nhiệt độ đỉnh (PT), độ nhớt đỉnh (MV), độ nhớt cuối (FV), độ nhớt phân hủy (BD) và độ nhớt làm nguội (SB) của tinh bột đậu xanh được đo bằng máy đo độ nhớt vi mô (Brabender® GmbH & Công ty TNHH KG, Đức). Tinh bột đậu xanh được trộn với nước cất để thu được hỗn dịch 15% (w/v). Huyền phù tinh bột được gia nhiệt từ 30°C đến 93°C với tốc độ không đổi 7,5°C/phút, giữ ở 93°C trong 15 phút, và sau đó làm lạnh xuống 30°C với tốc độ tương tự [261]. Các cấu hình đặc tính hồ được thu thập và giải thích. 2.2.9.14 Xác định đường kính, bề dầy, thể tích và tỷ lệ D/H của bánh quy: độ dày (H) và đường kính (D) được xác định bằng cách sử dụng thước cặp điện tử Vernier tại 5 vị trí khác nhau của 10 chiếc bánh quy được chọn ngẫu nhiên. Xác định tỷ lệ đường kính và độ dày (D/H). Thể tích của bánh được xác định bằng phép đo tỷ trọng và thể tích chiếm chỗ của hạt kê so với nước. Số liệu thu được là giá trị trung bình của 3 lần đo [262]. 2.2.9.15 Xác định màu sắc của tinh bột và bánh quy: sử dụng máy đo màu Minolta CR410 (Konica Minolta Co., Nhật Bản) có tham chiếu đến đèn chiếu sáng tiêu chuẩn D65 và góc nhìn 10. (không gian màu của hệ thống CIELAB; L*, a*, b* là giá trị của mỗi điểm ảnh phản ánh màu sắc bề mặt mẫu). Kết quả là giá trị trung bình của 5 lần đọc cho mỗi đợt mẫu. ΔE* thể hiện sự khác biệt về màu sắc so với mẫu chuẩn là bánh quy dùng bột mỳ và có đường saccharose. Giá trị ΔE*> 8 được sử dụng để chỉ ra có sự khác biệt về màu sắc giữa hai mẫu khác nhau có thể nhận biết được bằng mắt người hay không [263]. 2.2.9.16 Đánh giá đặc điểm kết cấu của bánh quy: đo lường độ cứng (độ bền phá vỡ- độ giòn) của mẫu bánh quy được tiến hành trong 24 giờ sau khi nướng. Sử dụng máy phân
- 94. 78 tích cấu trúcthực phẩm CT3 4500 (Brookfiel Ametek). Độ cứng (là giá trị lớn nhất của lực cắt gãy) của các mẫu được đo thông qua đầu đo TA07 Knife Edge (60 mmW). Độ cứng được xác định theo phương pháp được mô tả trong Pareyt (2008) [264] là lực cực đại được ghi lại trong quá trình nén ở khoảng cách 40 mm. Khoảng cách giữa 2 giá đỡ là 40 mm. Tốc độ thử nghiệm là 2,0 mm/s, được cắt đến 15 mm, lực kích hoạt là 0,5 N, thời gian giữ là 0 giây với chiều dày mẫu là 15 mm. Lưu đồ một đỉnh cực đại được lấy làm thước đo độ cứng bánh, trong khi lưu đồ thể hiện nhiều đỉnh chỉ ra độ dính bột [12]. Các mẫu đo được thực hiện ba lần và kết quả là giá trị trung bình của các lần đo. 2.2.9.17 Xác định tỷ lệ tiêu hóa tinh bột và bánh quy trên mô hình enzyme (In vitro): tinh bột hoặc bột bánh quy nghiền (mô phỏng sự nhai) được tiêu hóa thông qua quy trình tiêu hóa tinh bột tĩnh được mô phỏng theo hệ tiêu hóa trong ống nghiệm bằng enzyme - amylase tuyến tụy và amyloglucosidase [265], [262]. Sau tiêu hóa, tinh bột được chia làm 3 loại: tinh bột tiêu hóa nhanh (RDS, % tinh bột tiêu hóa ở 20 phút), tinh bột tiêu hóa chậm (SDS, % tinh bột tiêu hóa ở 120 phút - % tinh bột tiêu hóa ở 20 phút) và tinh bột kháng (RS, 100% - % tinh bột tiêu hóa ở 120 phút) được tính toán. Chuẩn hóa thành tổng hàm lượng tinh bột với hệ số 0,9. Sử dụng phương pháp của Englyst (1992). Trộn 0,3 gam mẫu với 20 ml đệm acetate (pH 5.2), đun cách thủy ở 950 C trong 30 phút. Dịch hồ để nguội được trộn với 5ml hỗn hợp enzym α-amylase (1400 U/ml) và amyloglucosidase (13 AGU/ml) pha trong đệm. Mẫu được ủ trong tủ lắc ổn nhiệt ở 37°C. Dịch tinh bột sau khi thủy phân 20 phút và 120 phút sẽ được lấy 0,5ml, dừng hoạt động enzyme bằng 20 ml cồn 66%, sau đó xác định tổng lượng glucose bằng phương pháp axit phenol- sulfuric. Kết quả thu được 2 chỉ số tương ứng là G20 và G120. Sau 120 phút, phần dịch hồ còn lại được gia nhiệt các trong bể ổn nhiệt 30 phút, làm lạnh 15 phút rồi trộn với 10 ml KOH 7M để lạnh 30 phút và lắc mỗi 10 phút. Lấy 1 ml dịch thêm 10 ml axít acetic 0,5M và 0,2 ml amyloglucosidase (50 AGU/ml). Tiếp tục ủ dịch ở 70o C, 20 phút để phân giải hoàn toàn. Ngừng hoạt động của enzyme ở 95o C, 10 phút. Dịch sau đó được làm nguội, ly tâm 1500×g trong 15 phút. Pha loãng 40 lần và xác định nồng độ glucose tổng (TG). Các giá trị thu được G20, G120 và TG được sử dụng để tính toán cho RDS, SDS và RS như sau: RDS = G20 x 0.9 SDS= (G120 − G20) x 0.9 RS = (TG − G120) x 0.9
- 95. 79 Đường chuẩn xâydựng bằng phương pháp axit phenol- sulfuric ở nồng độ dãy chuẩn là 0, 20, 40, 80, 100 mg/ml, đo ở bước sóng 490 nm. 2.2.9.18 Xác đinh chỉ số đường huyết (Glycemic index, GI) của tinh bột và bánh quy trên mô hình chuột (In vivo): chuột nhắt trắng Swiss mua tại Viện Pasteur thành phố Hồ Chí Minh được dùng trong phân tích in vivo là loại 5-7 tuần tuổi, cân nặng từ 25-28 g/con. Mỗi con được nuôi ngăn riêng trong điều kiện ánh sáng được kiểm soát (12 giờ tối và 12 giờ sáng) trong thời gian 1 tuần để ổn định thể trạng trong điều kiện nuôi dưỡng bình thường trước khi thí nghiệm. Cỡ mẫu chuột được xác định theo Arifin (2017) [352]. Lô chuột được chia thành 8 nhóm để chạy mẫu trắng, mẫu glucose và 6 khoảng thời gian khác nhau, mỗi nhóm được bố trí 3 con chuột/ mẫu. Trước khi tiến hành thí nghiệm, chuột được để nhịn đói 24 giờ. Chuột được cho ăn lượng 1,5g/kg thể trọng (khoảng 0,5 ml dịch mẫu 7,5% khối lượng/thể tích) bằng việc cho uống qua đường miệng bằng dụng cụ chuyên dụng đưa thẳng vào dạ dạy. Dịch tinh bột tự nhiên 7,5% và dung dịch glucose 7,5% được dùng làm mẫu kiểm soát. Đo chỉ số đường huyết trước và sau khi cho ăn dịch tinh bột hoặc dịch mẫu bánh nghiền mịn ở khoảng thời gian 30 phút, 60 phút, 90 phút, 120 phút và 180 phút bằng bộ kiểm tra đường huyết (Roche Ltd, Basel, Switzerland). Tất cả quy trình nghiên cứu này được Ủy ban Chăm sóc và Sử dụng động vật tại Trường Đại học Quốc tế, Đại học Quốc Gia Thành phố Hồ Chí Minh chấp thuận. Các giá trị chênh lệch về lượng đường glucose ( mg/dl) giải phóng trong máu trước và sau khi chuột ăn sẽ được biểu diễn qua biểu đồ tương ứng với các khoảng thời gian đo. Chỉ số đường huyết (% GI) của chuột sau ăn được xác định là tỷ lệ % giữa phần diện tích vùng dưới đường cong phản ứng đường huyết với trực hoành và phần diện tích tạo ra của đường cơ sở tham chiếu (glucose hoặc mẫu bánh đối chứng) với trục hoành dựa trên quy trình được báo cáo bởi Hung (2021). [262]. 2.2.9.19 Đánh giá cảm quan với bánh quy (theo Giuberti, 2015 có sửa đổi [266]): sử dụng phép thử thị hiếu người tiêu dùng gồm 100 thành viên, tuổi từ 22 - 39 tuổi đã sử dụng ít nhất 2 lần bánh quy/ tuần. Các buổi đánh giá được thực hiện trong phòng thí nghiệm tiêu chuẩn được trang bị các buồng cảm nhận cá nhân dưới ánh sáng trắng. Các mẫu được chuẩn bị sau một ngày nướng, được dán nhãn với mã ba chữ số ngẫu nhiên. Phiếu đánh giá về mức độ ưa thích của bánh theo thang 9 điểm. Các thuộc tính đánh giá gồm hình thức bên ngoài (màu sắc bề mặt, độ nhám và sự hiện diện của vết nứt), cấu trúc
- 96. 80 (lúc đầu khónhai, khô và dính), hương và vị đã được xem xét. Phép thử cũng được yêu cầu nhận xét về khả năng chấp nhận tổng thể. Giá trị điểm 5 với các thuộc tính được coi là giới hạn của khả năng chấp nhận (Meilgaard, 2006). Giữa các lần đánh giá, thành viên tham gia buổi thử sẽ dùng nước lọc để thanh miệng. Phép thử này tiến hành trên 4 mẫu gồm WS (100% bột mỳ có đường), W (100% bột mỳ không đường), R (100% bột gạo không gluten, không đường), RSopt (công thức thay thế tinh bột RS đậu xanh tốt nhất đã khảo sát). Phiếu đánh giá cảm quan được thiết kế như Hình 2 Nội dung 4 phần Phụ lục. 2.2.9.20 Xác định các thành phần dinh dưỡng, kim loại nặng và vi sinh vật của mẫu bánh quy tốt nhất: Thành phần hóa học theo TCVN 5909 – 1995: độ ẩm không quá 4%, chất béo không nhỏ hơn 20%, tro không tan trong axit HCl 10% không nhỏ hơn 0,1%. Các chỉ số protein theo chất lượng không nhỏ hơn 3,7% (tùy điều chỉnh với bánh không gluten). Bánh hoàn toàn không có protein gluten. Hàm lượng đường không quy định. Giới hạn vi sinh vật trong bánh: theo Quyết định số 46/2007QĐ-BYT, mục 6.5, phần 2 đối với sản phẩm chế biến từ ngũ cốc, khoai củ, đậu, đỗ: bánh, bột. Giới hạn kim loại nặng: áp dụng QCVN 8-2: 2011/BYT về Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia đối với giới hạn ô nhiễm kim loại nặng trong thực phẩm. Cadimi (Cd):0,1mg/kg; chì (Pb): 0,2 mg/kg. Xử lý số liệu Đọc và biểu diễn kết quả đo Xray, FTIR, phân bố chiều dài mạch trong AP bằng phần mềm Origin 85; NMR solid bằng phần mềm Mest ReNova. Tất cả số liệu thể hiện ở các bảng và đồ thị trong chương 3 là kết quả trung bình của 3 lần đo ± độ lệch chuẩn (±SD) được thực hiện bằng phần mềm Microsoft Excel 2018. Phương pháp phân tích phương sai (ANOVA) một yếu tố được thực hiện trên số liệu thu được để kiểm định so sánh sự khác biệt theo Turkey’s ở mức ý nghĩa p<0.05. Xác định hệ số tương quan theo bình phương cực tiểu (corellation Coeficient -r), hệ số tương quan Person, hàm hồi quy bậc 1 bằng phần mềm Statgraphics (Centurion XV-Manugistics Inc., Rockville, MD, Hoa Kỳ).
- 97. 81 CHƯƠNG 3 KẾTQUẢ VÀ BÀN LUẬN Đặc tính tinh bột của các giống đậu xanh khác nhau Để có thể chọn lựa được loại tinh bột đậu xanh phù hợp cho nghiên cứu sản xuất RS, 8 giống đậu xanh phổ biến nhất hiện đang trồng ở Việt Nam được đánh giá thành phần hóa học của hạt, thành phần và tính chất của tinh bột. Kết quả được thể hiện dưới đây: 3.1.1 Thành phần hóa học của hạt và của tinh bột thu nhận từ 8 giống đậu xanh Bảng 3.1 Thành phần hóa học của hạt từ 8 giống đậu xanh1,2,3 Mẫu Protein Lipid Tro Carbohyd -rate Đường tổng Xơ thô Tinh bột tổng MB1 25,7 ± 0,1d 2,02 ± 0,10cd 3,58 ± 0,01bc 68,7 ± 0,1c 4,64 ± 0,05b 17,7 ± 0,1d 39,8 ± 0,4b MB2 24,1 ± 0,1b 1,73 ± 0,09a 3,43 ± 0,03a 70,8 ± 0,1e 5,73 ± 0,04de 18,7 ± 0,1f 40,4 ± 0,3b MB3 26,2 ± 0,1e 1,88 ± 0,06b 3,80 ± 0,01d 68,1 ± 0,1b 5,24 ± 0,10c 16,8 ± 0,2ab 38,5 ± 0,3a MB4 25,9 ± 0,1d 1,80 ± 0,09ab 3,54 ± 0,06b 68,8 ± 0,1c 4,34 ± 0,06a 16,7 ± 0,1a 40,2 ± 0,4b MB5 26,8 ± 0,3f 1,92 ± 0,03bc 4,32 ± 0,13f 67,0 ± 0,3a 5,96 ± 0,16e 18,2 ± 0,1e 41,7 ± 0,4c MB6 26,7 ± 0,3f 1,86 ± 0,01ab 4,15 ± 0,08e 67,3 ± 0,3a 6,41 ± 0,15f 17,8 ± 0,1d 38,6 ± 0,2a MB7 23,6 ± 0,2a 2,11 ± 0,09d 3,49 ± 0,01ab 70,8 ± 0,2e 5,60 ± 0,27d 16,9 ± 0,1b 41,8 ± 0,1c MB8 24,6 ± 0,1c 2,13 ± 0,09d 3,68 ± 0,04c 69,6 ± 0,1d 5,32 ± 0,14c 17,1 ± 0,1c 43,1 ± 0,5d 1 MB1, MB2, MB3, MB4, MB5, MB6, MB7, MB8 tương ứng với giống đậu xanh TN182, DXVN7, DX208, DX14, KPS1, V123, T135, DX044. 2 Các chữ cái sau số liệu khác nhau thể hiện sự khác nhau đáng kể trong cùng một cột với mức ý nghĩa p<0,05. 3 Tính theo % chất khô Kết quả xác định thành phần hóa học của 8 giống đậu xanh phổ biến ở Việt Nam được trình bày ở Bảng 3.1. Số liệu từ Bảng trên cho thấy, hàm lượng protein trong nhóm đậu xanh khảo sát thay đổi từ 23,6%-26,8%. Kết quả này phù hợp với kết quả nghiên cứu của Tiwari (2012) (23,86 - 27,5%) và Nair (2013) [267] (24%). Do vậy, các giống đậu xanh Việt Nam được xác định là loại có hàm lượng protein tương đương với các giống đậu nước ngoài. Hàm lượng lipid tổng và tro của đậu xanh trong nghiên cứu này cao hơn so với nghiên cứu trước đó [268] có thể do sai khác về giống và nơi trồng. Carbohydrate là thành phần chính trong hạt chiếm 67 - 70,8% và có sự khác biệt giữa các giống đậu khảo sát. Các giá trị thu được tương đồng với kết quả trong nghiên cứu trên đậu xanh của Nair (2013) [267] và công bố của USDA (2018) [269]. Hàm lượng đường khác biệt nhiều ở các mẫu (4,34 - 6,41%) và có giá trị thấp hơn so với kết quả nghiên cứu của Ganesan (2018) [268] (6,6%). Tinh bột tổng chiếm 38,5 - 41,8% tổng khối lượng hạt đậu xanh