Nghiên cứu ảnh hưởng của nồng độ enzyme và thời gian thủy phân bằng pullulanase PU700 đến hàm lượng tinh bột tiêu hóa chậm SDS từ tinh bột khoai lang

TẠP CHÍ CÚNGTHMG NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA NỒNG ĐỘ ENZYME VÀ THỜI GIAN THỦY PHÂN BẰNG PULLULANASE PU700 ĐẾN HÀM LƯỢNG TINH BỘT TIÊU HÓA CHẬM SDS TỪ TINH BỘT KHOAI LANG • NGUYỀN THỊ THU HIỀN LƯƠNG HỒNG[.]

TẠP CHÍ CÚNGTHMG NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA NỒNG ĐỘ ENZYME VÀ THỜI GIAN THỦY PHÂN BẰNG PULLULANASE PU700 ĐẾN HÀM LƯỢNG TINH BỘT TIÊU HÓA CHẬM SDS TỪ TINH BỘT KHOAI LANG • NGUYỀN THỊ THU HIỀN - LƯƠNG HỒNG NGA TÓM TẮT: Trong thập kỷ gần đây, người trọng đến sức khỏe cá nhân nhiều nhu cầu thực phẩm lành mạnh thực phẩm thay ngày lớn lên Điều đặt thách thức cho nhà khoa học thực phẩm cần phải nghiên cứu sản phẩm có khả hỗ trợ, ngăn chặn bệnh Tinh bột tiêu hóa chậm (SDS) nhận nhiều quan tâm ngành Cơng nghệ thực phẩm với tính chát chức có lợi cho sức khỏe Theo định nghĩa Englyst cộng sự, tinh bột tiêu hóa nhanh (RDS) phần tinh bột tiêu hóa vịng 20 phút, gây gia tăng nhanh chóng lượng đường máu, có hại cho khỏe, tinh bột tiêu hóa chậm (SDS) bị tiêu hóa khoảng thời gian từ 20 phút đến 120 phút, trì giải phóng lượng đường vào máu thấp ổn định, ngăn ngừa bệnh đường huyết, tim mạch, Hợp phần khác với tinh bột kháng tiêu hóa (RS) phần tinh bột khơng bị tiêu hóa sau 120 phút ruột non lên men ruột già Mục tiêu nghiên cứu nhằm tìm ảnh hưởng nồng độ thời gian thủy phân tinh bột khoai lang enzyme PU700 để thu hàm lượng SDS cao Dịch tinh bột khoai lang (10% w/v, dung dịch đệm acetate pH= 5,0, 0.2M) thủy phân dịch 2Ư/g enzyme pullulanase PU700 30 phút cho hàm lượng SDS đạt 27,99% Từ khóa: pullulanase PU700, tinh bột tiêu hóa chậm SDS, khoai lang, thủy phân Đặt vấn đề Theo số liệu nghiên cứu năm gần đây, thói quen tiêu thụ thực phẩm thiếu khoa học, tỉ lệ người mắc bệnh phổ biến bệnh tim mạch, tiểu đường, béo phì ngày tăng cao, người bắt đầu có nhu 214 SỐ 15- Tháng 6/2022 cầu tiêu thụ sản phẩm cho sức khỏe Điều đặt thách thức cho nhà khoa học thực phẩm cần phải nghiên cứu sản phẩm có khả hỗ trợ, ngăn chặn bệnh kể Một sản phẩm tiềm đáp ứng nhu cầu này, tinh bột HĨA HỌC-CƠNG NGHỆ THựC PHẨM tiêu hóa chậm (Slowly Digestible Starch - SDS) Trúc cộng nghiên cứu q trình thối hóa mơi quan tâm đặc biệt nhà tinh bột nhằm làm tăng hàm lượng SDS tinh khoa học tập trung nghiên cứu Theo định nghĩa bột khoai lang Hoàng Long Mục tiêu nghiên cứu nhằm tìm ảnh hưởng nồng độ Englyst cộng sự, tinh bột tiêu hóa chậm (SDS) bị tiêu hóa khoảng thời gian từ 20 phút đến 120 phút, trì giải phóng lượng đường vào máu thấp ổn định, ngăn ngừa bệnh đường huyết, tim mạch, SDS khác với tinh bột kháng tiêu hóa (RS) RS phần tinh bột khơng bị tiêu hóa sau 120 phút ruột non, lên men ruột già khác với tinh bột tiêu hóa nhanh (RDS) phần tinh bột tiêu hóa vịng 20 phút, gây gia tăng nhanh chóng lượng đường máu, có hại cho khỏe Trên giới, nghiên cứu SDS, RS thực từ năm 1990 đốì tượng tinh bột khác SDS, RS cho có lợi cho sức khỏe đặc biệt đối tượng béo phì, người mắc bệnh tiểu đường, tim mạch, Có nhiều phương pháp biến tính tinh bột làm giàu SDS, RS phương pháp vật lý, phương pháp hóa học, phương pháp sinh học sử dụng enzyme Trong đó, sô' nghiên cứu rằng, phương pháp thủy phân cắt nhánh sử dụng enzyme pullulanase kết hợp thối hóa đơi với tinh bột ngơ cho thấy kết khả quan với hàm lượng SDS đạt 45,1%, RS đạt 24,4% Phương pháp thủy phân tinh bột ngô acid lauric cho hàm lượng SDS đạt 45,6% Ngoài ra, nghiên cứu khác tiến hành biến tính tinh bột phương pháp thối hóa với đơ'i tượng nghiên cứu tinh bột gạo cho hàm lượng SDS đạt 51,62% Tinh bột khoai lang đô'i tượng nghiên cứu Năm 2015, Nam cộng tiến hành biến tính tinh bột khoai lang phương pháp sử dụng enzyme nhằm tạo tinh bột tiêu hóa chậm với kết sau: hàm lượng SDS tăng từ 6,3% lên 25,0-34,8%, hàm lượng RS tăng từ 12,9% lên 34,6-41,3% Năm 2020, Duyên cộng nghiên cứu phương pháp biến tính tinh bột đậu xanh cách kết hợp axit citric với xử lý thủy nhiệt ủ, hai phương pháp cho hàm lượng SDS đạt 27,4% 24,2% Năm 2021, thời gian thủy phân tinh bột khoai lang enzyme PU700 để thu hàm lượng SDS cao Nguyên vật liệu phương pháp nghiên cứu 2.1 Nguyên vật liệu Nguyên vật liệu nghiên cứu tinh bột khoai lang Hồng Long, sản phẩm phịng thí nghiệm Cơng nghệ Lương thực C4-209, Viện Cơng nghệ Sinh học Công nghệ Thực phẩm, Trường Đại học Bách khoa Hà Nội, chế phẩm pullulanase từ Bacillus licheniformis 2000U/ml, D-Glucose Assay Kit (GOPOD Format) Megazyme, chế phẩm PU700 cung cấp công ty Biozyme 2.2 Phương pháp xác định hoạt độ enzyme pullulanase Hoạt độ enzyme pullulanase xác định theo Megazyme (Megazyme, 2017) Khi cho chất Red-Pullulan (Megazyme) với pullulanase, chất bị phân cắt nội mạch (endo) tạo thành phân tử màu trọng lượng thấp có mặt dung dịch thêm ethanol vào hỗn hợp phản ứng Phần phân tử có khơi lượng phân tử cao ly tâm để loại bỏ đo màu phần dịch bước sóng 510 nm Hoạt độ Pullulanase xác định cách so sánh với đường chuẩn 2.3 Phương pháp sản xuất SDS từ tinh bột khoai lang Tinh bột khoai lang thủy phân enzyme pullulanase với nồng độ tinh bột 10%, nồng độ enzyme từ 1-5 u/g thời gian thủy phân 10 - 60ph nhiệt độ 55°c, pH Sau kết thúc phản ứng, chấm dứt phản ứng thủy phân đun sôi dung dịch, hỗn hợp đem thối hóa lần 4°c 48 để q trình thối hóa diễn Sau thối hóa lần 1, hỗn hợp đem đun sôi 30 phút tiếp tục thực thối hóa lần 4°c 48 Sau đó, hỗn hợp ly tâm lần, làm nước cất Tinh bột thu SỐ 15-Tháng Ĩ/2022 215 TẠP CHÍ CƠNG THƯƠNG đem sấy 40°C 12 đến độ ẩm nhỏ 10%, bao gói bảo quản nơi khơ thống mát 2.4 Phương pháp hàm lượng tinh bột tiêu hóa chậm SDS Hàm lượng SDS xác định theo phương pháp Englyst 1992 Miao, Xiong cộng sự, 2014 Quy trình phân tích hàm lượng tinh bột tiêu hóa chậm mô tả chi tiết sau: trước tiên, dung dịch enzyme sử dụng hỗn hợp 54 mL dung dịch enzym pancreatic a-amylase chuẩn bị cách pha loãng 12g enzyme 2.5 Phương pháp xử lý sốliệu Các số liệu qua phương pháp phân tích xử lý phần mềm Excel kết hợp phần mềm xử lý số liệu SPSS Kết thảo luận 3.1 Hoạt lực enzyme pullulanase PƯ700 Đánh giá hoạt lực chế phẩm enzyme PU700 so với chế phẩm enzyme Hãng Megazyme Kết thể Bảng Bảng Hoạt lực enzyme pullulanase PU pullulanase PU700 pancreatic a-amylase 80 mL nước, khuấy từ Enzyme Enzyme 10 phút, sau ly tâm 10 phút 1500g gạn 54 mL phần phía sau ly tâm, mL pullulanase pullulanase PU PU700 876,40 + 5,12 2126,38 + 8,44 dung dịch amyloglucosidase 140 AGU/mL 4mL invertase 2000 U/mL Chuẩn bị lOOmg mẫu tinh bột, hòa tan 30ml đệm phosphate (0.2 M, pH 5.2) votex Dịch tinh bột sau ổn định nhiệt phút 37°c Thêm 5ml dung dịch enzyme chuẩn bị trên, để Hoạt lực enzyme (U/ml) Kết từ Bảng cho thấy hoạt lực tủ lắc 37°c, 150 rpm 0.5ml dịch thủy phân lấy thời điểm sau 20 120 phút, sau thêm vào ống 4.5 ml cồn tuyệt đơi để enzyme pullulanase PU pullulanase PU700 có khác biệt (876,40 (U/ml) PU700 2126,38 (U/ml) PU) 3.2 Nghiên cứu ảnh hưởng nồng độ ngưng hoạt động enzyme Hàm lượng glucose tạo thành xác định GOPOD assay kít Mỗi thí nghiệm lặp enzyme pullulanase PU700 tới hàm lượng SĐS tinh bột khoai lang Thí nghiệm nghiên cứu ảnh hưởng nồng độ lại lần Kết tỉ lệ RDS SDS RS tính tốn sau: %RDS = (G20 - FG) X 0,9 X 100 %SDS = (GI 20 - G20) X0,9 X 100 %RS = (TG - FG) X 0,9 X 100 - %RDS - %SDS Trong đó: enzyme pullulanase PU700 tới khả tiêu hóa tinh bột khoai tiến hành trên dịch tinh bột với nồng độ 10% (w/v), pH 5,0 nhiệt độ 55°c, với nồng độ enzyme pullulanase thay đổi từ lư/g đến 5U/g Quá trình thủy phân diễn 30 phút kết thu được thể Hình Hình thể thay đổi hàm lượng tinh RDS: Tinh bột tiêu hóa nhanh SDS: Tinh bột tiêu hóa chậm RS: Tinh bột kháng tiêu hóa FG: Glucose tự TG: Tổng hàm lượng glucose G20: Tổng hàm lượng glucose sau 20 phút tiêu hóa G120: Tổng hàm lượng glucose sau 120 phút tiêu hóa 216 SỐ 15 - Tháng Ĩ/2022 bột tiêu hóa chậm ảnh hưởng nồng độ pullulanase PU - 700 Tăng nồng độ enzyme từ lU/g đến 5U/g hàm lượng SDS qua đỉnh cực đại, cho thấy tác động enzyme pullulanase cắt mạch nhánh amylopectin bột khoai lang ban đầu tạo nhiều mạch giống amylose có khả kháng tiêu hóa tốt so với amylopectin câu trúc chắn amylose Hàm lượng SDS HĨA HỌC-CƠNG NGHỆ THựC PHẨM Hình 1: Ảnh hưởng nồng độ enzyme pullulanase PU700 tới hàm lượng SDS tinh bột khoai lang đạt cao 27,99% nồng độ enzyme thối hóa làm cho cấu trúc tinh bột vững sử dụng 2U/g thấp 21,79% nồng độ lU/g Bên cạnh đó, nồng độ 3U/g, 4U/g, 5U/g, hàm lượng SDS tạo hơn, dẫn đến tác động enzyme tiêu hóa khó 28,30%, 28,67%, 28,73% khơng có chênh lệch nhiều so với nồng độ 2U/g Kết thí nghiệm nồng độ enzyme DP thâ'p chủ yếu tạo thành vùng vơ định hình, tạo SDS, với DP dài khả tạo kết tinh pullulanase PU - 700 2U/g, tinh bột khoai lang bão hịa enzyme Do đó, lượng pullulanase tối ưu điều kiện 2U/g Có khác biệt nồng độ enzyme cần thiết để thủy phân enzyme pullulanase PƯ700 so với enzyme pullulanase Megazyme khảo sát trước Điều dung dịch pullulanase PƯ700 khơng tinh khiết có chứa số enzyme khác tạo nên sai khác Wu cộng (2009) lượng pullulanase tối ưu 10 u/g, Zhang cộng (2011) cơng bơ' hàm lượng pullualanase thích hợp sản xua't SDS 10 u/g, khác biệt khác châ't Sự gia tăng hàm lượng SDS RS giải thích mạch giông amylose xoắn kép sau khăn Tỉ lệ gia tăng SDS, RS phụ thuộc nhiều vào độ dài mạch chê độ thối hóa Khi RS cao Một số cơng trình nghiên cứu công bô' sử dụng nồng độ enzyme pullulanase khoảng 1-5% so với chất khô 10-20 u/g Cụ thể 5% enzyme pullulanase đố"i với bột đậu nghiên cứu Morales-Medina cộng (2014), 2% enzyme pullulanase (Parimalavalli cộng sự), 20U/g enzyme pullulanase Megazyme (Trúc cộng sự, 2021) 12 u/g nồng độ enzyme pullulanase sử dụng nghiên cứu Zhang cộng (2011) Miao cộng (2009) hàm lượng SDS cao nhát đạt thủy phân enzyme pullulanase nồng độ cao (20 40 u/g) phân nhánh 3-6giờ Vậy, lựa chọn nồng độ enzyme PƯ700 u/g cho quy trình sản xuất tinh bột tiêu hóa chậm SỐ 15-Tháng Ĩ/2022 217 TẠP CHÍ CƠNG THƯƠNG Hình 2: Ảnh hưởng thời gian thủy phân enzyme pullulanase PU700 tới khả tiêu hóa tinh bột khoai lang 3.3 Nghiên cứu ảnh hưởng thời gian thủy phân enzyme puỉluỉanase PU700 tới hàm lượng SDS tỉnh bột khoai lang Thí nghiệm nghiên cứu ảnh hưởng thời gian thủy phân enzyme pullulanase PU700 tới khả tiêu hóa tinh bột khoai tiến hành dịch tinh bột với nồng độ 10% (w/v), pH 5,0, nhiệt độ 55°c, nồng độ enzyme pullulanase 2U/g thời gian thủy phân thay đổi từ 10 phút đến 60 phút Kết thu được thể Hình Kết ảnh hưởng thời gian thủy phân khoảng thời gian từ 10 phút đến 60 phút trình bày Hình Hàm lượng SDS tạo thành đạt cao với 27,99% sau 30 phút thủy phân Hàm lượng SDS tạo thấp 20,79% sau 10 phút có xu hướng tăng lên thời gian thủy phân tăng Điều giải thích thời gian thủy phân tăng lên, enzyme có hội tiếp xúc nhiều với chất làm tăng hiệu thủy phân Tuy nhiên, hàm lượng SDS khơng có khác biệt khoảng 218 SỐ 15-Tháng Ó/2022 thời gian từ 30 phút đến 50 phút, đạt 27,99%, 28,32%, 27,58% Do phản ứng kéo dài, nồng độ chất giảm dần, vị trí phản ứng bị bão hịa phần tử enzyme Và hình thành ức chế cạnh tranh mạnh mẽ với sản phẩm Hàm lượng SDS giảm xuống 25,32% thủy phân 60 phút Điều gây tạo thành đường mạch ngắn bị hịa tan, pullulanase enzyme khơng đặc hiệu hồn tồn, chúng cắt liên kết a-1,4 glycoside Kết nghiên cứu phù hợp với khẳng định Miao cộng sự, đó, thời gian thủy phân tinh bột ngô nếp enzyme pullulanase thay đổi từ đến 24 hàm lượng SDS đạt cao thời gian thủy phân pullulanase nằm khoảng 3-6 có xu hướng giảm dần thời gian thủy phân tăng lên tới 24 Có khác biệt thời gian cần thiết để thủy phân enzyme pullulanase PU700 so với enzyme pullulanase phân tích khảo sát trước Điều dung dịch pullulanase PU700 khơng tinh khiết có chứa HĨA HỌC-CƠNG NGHỆ THựC PHẨM số enzyme khác tạo nên sai khác Vậy, lựa pullulanase PU700 tăng, thời gian thủy phân chọn thời gian thủy phân 30 phút cho trình sản xuất tinh bột tiêu hóa châm tinh bột khoai lang tăng, hàm lượng SDS tạo Kết luận thành tăng đến mức độ giảm Dịch tinh bột khoai lang (10% w/v, dung dịch đệm acetate Nghiên cứu việc sử dụng enzyme pullulanase PU700 làm thay đổi hàm lượng SDS pH= 5,0, 0,2M) thủy phân dịch 2U/g tinh bột khoai lang Nồng độ enzyme lượng SDS đạt 27,99% ■ enzyme pullulanase PU700 30 phút cho hàm Lời cảm ơn: Cơng trình nghiên cứu tiến hành nhờ hỗ trợ từ đề tài cấp Bộ Giáo dục Đào tạoB2021 BKA21 TÀI LIỆU THAM KHẢO: Miao M., B Jiang, and T Zhang, (2009) Effect of pullulanase debranching and recrystallization on structure and digestibility of waxy maize starch Carbohydrate polymers, 76(2), 214-221 Zhang B., Q Huang, F xing Luo, and X Fu, (2012) Structural characterizations and digestibility of debranched high-amylose maize starch complexed with lauric acid Food Hydrocoll., 28(1), 174-181 Zhang L., X Hu, X Xu, z Jin, and Y Tian, (2011) Slowly digestible starch prepared from rice starches by temperature-cycled retrogradation Carbohydrate polymers, 84(3), 970-974 Thi et al T., (2020) International Journal of Biological Macromolecules Physicochemical properties and in vitro digestibility of mung-bean starches varying amylose contents under citric acid and hydrothermal treatments Int J Biol Macromol., 164,651-658 Chung et al M N., (2016) Preparation of slowly digestible sweet potato Daeyumi starch by dual enzyme modification, Carbohydrate polymers, 143,164-171 Englyst, s H N M Kingman, and J H Cummings, (1992) Classification and measurement of nutritionally important starch fractions Eur J Clin Nutr., 46, no SUPPL 2:S33-50 Ludwig D (2002) The Glycemic Index: Physiological Mechanisms Relating to Obesity, Diabetes, and Cardiovascular Disease JAMA, 287,2414-2423 Jenkins et al D J A (2002) Glycemic index: Overview of implications in health and disease Am J Clin Nutr., 76(1), 266-273, True p T T„ D H Quan, A D Tuyen, H M Tri, V T Trang, and L H Nga, (2020) Effect of retrogradation on the formation of slowly digestible sweetpotato starch Vietnam J Chem., 58(6E12), 305-310 10 Wachters-Hagedoorn et al R (2006) The Rate of Intestinal Glucose Absorption Is Correlated with Plasma Glucose-Dependent Insulinotropic Polypeptide Concentrations in Healthy Men J Nutr., 136,1511-1516 11 WoleverT M s (2003) Carbohydrate and the regulation of blood glucose and metabolism Nutr Rev., 61(5 II) 12 Bouché et al c (2002) Five-week, low-glycemic index diet decreases total fat mass and improves plasma lipid profile in moderately overweight nondiabetic men Diabetes Care, 25(5), 822-828, 13 Miao M„ B Jiang, s w Cui, T Zhang, and z Jin, (2015) Slowly Digestible Starch-A Review Crit Rev Food Sei Nutr., 55(12), 1642-1657, 14 Bhattacharya et al K (2007) A novel starch for the treatment of glycogen storage diseases J inherit Metab Dis., 30,350-357 So 15-Tháng Ó/2022 219 TẠP CHÍ CƠNG THƯƠNG 15 Lin, B Hamaker, and B Nichols, (2012) Direct Starch Digestion by Sucrase-Isomaltase and Maltase- Glucoamylase J Pediatr Gastroenterol Null-., 55 Suppl 2, S43-5 16 Megazyme Mannual Guide- Assay of pullulanase using red - pullulanase, s - RPUL 07/17 17 Munoz L A., F Pedreschi, A Leiva, and J M Aguilera, (2015) Loss of birefringence and swelling behavior in native starch granules: Microstructural and thermal properties J Food Eng., 152,65-71 Ngày nhận bài: 10/4/2022 Ngày phản biện đánh giá sửa chữa: 7/5/2022 Ngày chãp nhận đăng bài: 17/5/2022 Thông tin tác giả: NGUYỄN THỊ THU HIEN1 PGS.TS LƯƠNG HồNG NGA ’* ’Viện Công nghệ Sinh học- Công nghệ Thực phẩm, Đại học Bách khoa Hà Nội A STUDY ON THE EFFECTS OF ENZYME CONCENTRATION AND HYDROLYZING TIME ON THE HYDROLYSIS OF SWEET POTATO STARCH BY PU700 ON SLOWLY DIGESTIBLE STARCH FORMATION • NGUYEN THI THU HIEN1 • Assoc.Prof.Ph.D LUONG HONG NGA1 ’School of Biotechnology and Food Technology Hanoi University of Science and Technology ABSTRACT: In recent decades, people have paid more attention to health, and the demand for healthy food and alternative food has also increased It has posed challenges for food scientists who need to research new products capable of supporting and preventing diseases Slow-digesting starch (SDS) is receiving much attention in the food technology industry as it has health benefits SDS is the starch fraction that is digested between 20 minutes and 120 minutes, maintaining low and stable blood sugar release, and it can prevent blood sugar diseases, cardiovascular diseases, etc (Englyst et al) SDS fraction is different from resistant starch (RS) as this fraction is not digested after 120 minutes in the small intestine, fermented in the large intestine This study is to find out the effect of concentration and time of hydrolyzing sweet potato starch with PU700 enzyme to obtain high SDS content Sweet potato starch solution (10% w/v, aceate buffer pH= 5.0, 0.2M) is hydrolyzed with 2U/g enzyme pullulanase PU700 solution for 30 minutes, giving the SDS content of 27.99% Keyword: pullulanase PU700, slowly digestible starch SDS, sweet potato, hydrolysis 220 So 15 - Tháng Ó/2022 ... hưởng thời gian thủy phân enzyme puỉluỉanase PU700 tới hàm lượng SDS tỉnh bột khoai lang Thí nghiệm nghiên cứu ảnh hưởng thời gian thủy phân enzyme pullulanase PU700 tới khả tiêu hóa tinh bột khoai. .. xuất tinh bột tiêu hóa chậm SỐ 15-Tháng Ĩ/2022 217 TẠP CHÍ CƠNG THƯƠNG Hình 2: Ảnh hưởng thời gian thủy phân enzyme pullulanase PU700 tới khả tiêu hóa tinh bột khoai lang 3.3 Nghiên cứu ảnh hưởng. .. đổi hàm lượng tinh RDS: Tinh bột tiêu hóa nhanh SDS: Tinh bột tiêu hóa chậm RS: Tinh bột kháng tiêu hóa FG: Glucose tự TG: Tổng hàm lượng glucose G20: Tổng hàm lượng glucose sau 20 phút tiêu hóa