Nghiên cứu sản xuất tinh bột kháng (bền) từ chuối bom (musa acumminate AAA) và ứng dụng trong sản phẩm dành cho người tiểu đường

BỘ CÔNG THƯƠNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP TPHCM BÁO CÁO KHOA HỌC TỔNG HƠP ĐỀ TÀI KẾT QUẢ THỰC HIỆN ĐỀ TÀI KH&CN CẤP TRƯỜNG Tên đề tài: Nghiên cứu sản xuất tinh bột kháng (bền) từ chuối bom (Musa acumminate AAA) ứng dụng sản phẩm dành cho người tiểu đường Mã số đề tài: IUH.VSH25/15 Chủ nhiệm đề tài: Th S NGUYỄN THỊ MAI HƯƠNG Đơn vị thực hiện: Viện công nghệ Sinh học & Thực phẩm TP Hồ Chí Minh, tháng 12 năm 2016 LỜI CẢM ƠN Lời xin chân thành cảm ơn Ban giám hiệu trường Đại Học Công Nghiệp Thành Phố Hồ Chí Minh, Phịng Khoa học Phát triển Công nghệ Viện Công nghệ Sinh học Thực phẩm, trường Đại học Công Nghiệp thành phố Hồ Chí Minh tạo điều kiện chúng tơi có hội để thực hồn thành tốt đề tài Với lòng biết ơn sâu sắc, chúng tơi xin bày tỏ lịng kính trọng lời cảm ơn chân thành tới Thầy Phạm Văn Hùng, Cô Đàm Sao Mai, Cơ Nguyễn Thị Hồng Yến - người cố vấn chuẩn bị hồ sơ cho chúng tơi suốt q trình thực đề tài Đồng thời, xin chân thành cảm ơn nhân viên Phịng thí nghiệm Viện Cơng nghệ Sinh học Thực phẩm, Trường Đại Học Công Nghiệp thành phố Hồ Chí Minh, Cơng ty Interflour, Trung tâm kiểm nghiệm đo lường khu vực em sinh viên khóa 7, hỗ trợ nhiệt tình q trình thực đề tài Cuối cùng, chúng tơi muốn gửi lời cảm ơn tới gia đình, bạn bè động viên, chia sẻ hỗ trợ Chúng tơi xin chân thành cảm ơn! Tp.HCM, tháng 02 năm 2017 Chủ nhiệm đề tài i TÓM TẮT ĐỀ TÀI Trong nghiên cứu tập chung vào đối lượng chuối Bom (Musa acuminate AAA), loại phổ biến rẻ tiền khu vực phía Nam, Việt Nam Kết cho thấy 40- 45 ngày tuổi, chuối Bom cho hàm lượng tinh bột cao (11,46% ứng với 9,75% ẩm hay 13,89% quy 100% chất khô Độ dày lát cắt 0.5cm ngâm natribisulfit 0,2% cho kết tốt màu sắc lát cắt theo tỷ lệ ngâm 1:8 Tỷ lệ theo khối lượng thịt chuối/ nước tốt đem xay nghiền 50:50; Khả làm trắng tinh bột sau nghiền natribisulfit tốt so với citric với nồng độ 0,02M 0.6%; Hàm lượng cellulase, pectinase bổ sung trình thủy phân thu nhận tinh bột tương ứng 4U/g chuối 7U/g dịch chuối ủ giờ, 400C; tốc độ ly tâm tách nước 3500 vòng/phút với thời gian tốt 15 phút Hàm lượng tinh bột thu nhận lớn theo % 13,45 (theo 100% chất khô) Các hạt tinh bột lập có bề mặt nhẵn mịn, có hình bầu dục thn dài với đường lằn hình cầu đường kính nhỏ khoảng 11-45 μm, theo cách quét kính hiển vi điện tử (SEM) Tinh bột chuối Bom thể cấu trúc tinh thể loại C (mơ hình nhiễu xạ XRD), khả trương nở thấp khả kháng thủy phân α-amylase cao Làm giàu phương pháp hấp thối hóa theo chu kỳ kết hợp với enzyme pullalase làm tăng RS lên 45,06% thời gian ủ 16 enzyme pullalase (nồng độ 25U/g tinh bột) với hai lần hấp làm nguội trữ lạnh, cấu trúc thay đổi từ C sang B khác với xử lý thủy nhiệt thối hóa hàm lượng RS thấp đạt từ 32-34% Với 20% tinh bột chuối sau làm giàu thay bột mỳ bánh mỳ Việt Nam cho kết tương đương mẫu đối chứng với độ đàn hồi: 61N, thể tích: 293,3 cm3 Bánh cookie với 25% tinh bột chuối bổ sung cho kết độ cứng 6,89N không khác biệt so sánh với mẫu đối chứng không bổ sung tinh bột chuối sử dụng đường saccharose Hàm lượng RS bánh cookies bánh mì cao tương ứng 8,07% 9% Các sản phẩm tạo dùng cho người tiểu đường ăn kiêng sản phẩm lượng cao, sinh đường thấp (dùng đường cỏ tinh bột giàu RS) thời gian thủy phân dài ii MỤC LỤC LỜI CẢM ƠN i TÓM TẮT ĐỀ TÀI ii DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT xi ĐẶT VẤN ĐỀ xii CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 1.1 Tổng quan nguyên liệu sản xuất 1.1.1 Tổng quan chuối chuối Bom 1.1.2 Tổng quan tinh bột tinh bột kháng 1.2 Tổng quan quy trình sản xuất 27 1.2.1 Tổng quan trình sản xuất tinh bột kháng 27 1.2.2 Tổng quan quy trình sản xuất số loại bánh cho người tiểu đường 39 CHƯƠNG 2: VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 50 2.1 Vật liệu 50 2.1.1 Nguyên liệu 50 2.1.2 Dụng cụ, thiết bị 60 2.1.3 Hóa chất 61 2.2 Phương pháp nghiên cứu 62 2.2.1 Các khảo sát trình sản xuất tinh bột chuối từ chuối 63 2.2.2 Các khảo sát trình làm giàu tinh bột phương pháp kết hợp thủy nhiệt enzyme 69 2.2.3 Các khảo sát ứng dụng 70 2.2.4 Phương pháp xử lý số liệu 75 CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ - BÀN LUẬN 76 iii 3.1 Kết điều tra, khảo sát lựa chọn nguồn cung cấp nguyên liệu chuối ban đầu 76 3.1.1 Kết điều tra vùng nguyên liệu 76 3.1.2 Kết khảo sát đánh giá sơ hàm lượng tinh bột chuối thu nhận độ tuổi khác 78 3.1.3 Kết xác định số tiêu nguyên liệu 78 3.2 Kết trình xử lý bảo quản sản xuất tinh bột chuối 79 3.2.1 Ảnh hưởng kích thước lát cắt chuối đến màu sắc lát cắt trước sau thời gian bảo quản tháng 79 3.2.2 Kết khảo sát ảnh hưởng nồng độ natribisulfit đến màu sắc lát chuối trình bảo quản 80 3.2.3 Ảnh hưởng tỷ lệ nguyên liệu: nước trình xay nghiền đến lượng tinh bột thu nhận 81 3.2.4 Ảnh hưởng nồng độ citric, natribisulfit sử dụng xử lý chuối ảnh hưởng đến màu sắc tinh bột thành phẩm 82 3.2.5 Ảnh hưởng lượng enzyme cellulase xử lý đến hiệu suất thu nhận tinh bột 84 3.2.6 Ảnh hưởng lượng enzyme pectinase xử lý đến hiệu suất thu nhận tinh bột 85 3.2.7 Ảnh hưởng tốc độ thời gian ly tâm đến hiệu suất thu nhận tinh bột 86 3.2.8 Thành phần hóa học số tiêu hóa lý tinh bột chuối Bom thành phẩm 87 3.3 Kết khảo sát trình làm giàu tinh bột phương pháp kết hợp thủy nhiệt (hấp thối hóa theo chu kỳ) enzyme 92 3.3.1 Kết xác định RS, chụp XRay từ phương pháp làm giàu 92 3.3.2 Kết ảnh hưởng nồng độ thời gian xử lý enzyme đến hàm lượng RS 95 3.3.3 Xác định số tính chất đặc trưng tinh bột sau làm giàu 98 iv 3.4 Kết khảo sát ứng dụng 99 3.4.1 Kết khảo sát việc ứng dụng tinh bột chuối bánh mỳ Việt Nam 99 3.4.2 Kết khảo sát việc ứng dụng tinh bột chuối bánh cookie 105 3.4.3 Kết xác định chất lượng, giá trị lượng bánh mỳ cookie bổ sung tinh bột chuối giàu RS 109 3.4.4 Tính sơ giá thành tinh bột chuối Bom giàu RS, bánh mì cookie thành phẩm 110 CHƯƠNG 4: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 112 4.1 Kết luận 112 4.2 Kiến Nghị 115 TÀI LIỆU THAM KHẢO 116 PHỤ LỤC 122 v DANH MỤC HÌNH Hình 1.1 Hình loại chuối thuộc giống Musa acuminata Hình 1.2 Hình loại chuối thuộc giống chuối Musa balbisiana Hình 1.3 Hình loại chuối Việt Nam Hình 1.4 Biểu đồ cấu sản xuất chuối giới 2013 Hình 1.5 Biểu đồ cấu xuất chuối giới 2012 Hình 1.6 Biểu đồ cấu nhập chuối giới 2012 Hình 1.7 Hình chuối Bom xanh Hình 1.8 Hệ thống cấp bậc cấu trúc tinh bột, từ phân tử đến cấp độ hạt Hình 1.9 Cấu trúc loại tinh bột kháng I (RS1) 13 Hình 1.10 Cấu trúc loại tinh bột kháng II (RS2) 13 Hình 1.11 Mơ hình mixen tinh bột kháng loại III (RS3) 17 Hình 1.12 Mơ hình cắt lớp tinh bột kháng loại III (RS3) 17 Hình 1.13 Mơ tả cấu trúc tinh bột xử lý hóa học bằ ng phosphate (Trích ng̀ n: Sajilata M.G cộng sự, 2006) 18 Hình 1.14 Sự thay đổi của amylose làm la ̣nh 22 Hình 1.15 Một số sản phẩm thương mại RS 26 Hình 1.16 Sơ đồ quy trình sản xuất bột sắn 28 Hình 1.17 Sơ đồ quy trình sản xuất tinh bột ngô 29 Hình 1.18: Hoạt động loại enzyme thủy phân tinh bột 32 Hình 1.20 Sơ đồ quy trình sản xuất bánh cookie 47 Hình 2.1 Sơ đồ quy trình bảo quản nguyên liệu dự kiến 51 Hình 2.2 Sơ đồ quy trình sản xuất tinh bột 53 Hình 2.3 Sơ đồ quy trình làm giàu tinh bột kháng 55 Hình 2.4 Sơ đồ quy trình sản xuất bánh mỳ bổ sung tinh bột chuối 57 Hình 2.5 Sơ đồ quy trình sản xuất bánh cookie có bổ sung tinh bột chuối 59 Hình 2.6 Sơ đồ bố trí thí nghiệm 62 Hình 3.1 Đồ thị hàm lượng tinh bột theo độ tuổi nguyên liệu 78 vi Hình 3.2 Đồ thị ảnh hưởng tỷ lệ nguyên liệu: nước đến lượng tinh bột thu nhận 81 Hình 3.3 Đồ thị ảnh hưởng nồng độ citric xử lý chuối đến màu tinh bột chuối thu nhận 82 Hình 3.4 Đồ thị ảnh hưởng nồng độ natribisulfit xử lý chuối đến màu tinh bột chuối thu nhận 83 Hình 3.5 Đồ thị ảnh hưởng hàm lượng enzyme cellulase đến lượng tinh bột thu nhận 84 Hình 3.6 Đồ thị ảnh hưởng hàm lượng enzyme pectinase đến hàm lượng tinh bột thu nhận 85 Hình 3.7 Đồ thị ảnh hưởng tốc độ ly tâm đến hiệu suất thu nhận tinh bột 86 Hình 3.8 Đồ thị ảnh hưởng thời gian ly tâm đến hiệu suất thu nhận tinh bột 87 Hình 3.9 Kết chụp SEM hình dạng cấu trúc hạt tinh bột chuối Bom 88 Hình 3.10 Nhiễu xạ XRD với tinh bột chuối Bom 89 Hình 3.11a Khả trương nở số loại tinh bột 90 Hình 3.11b Mức độ thủy phân hai loại tinh bột: (BBS), (CS) 92 Hình 3.12 Đồ thị nhiễu xạ XRD 94 Hình 3.13 Đồ thị hàm lượng RS theo thời gian thủy phân 95 Hình 3.14 Kế t quả chu ̣p SEM về hình da ̣ng cấ u trúc ̣t tinh bột chuố i Bom trước sau làm giàu 97 Hình 3.15 Hàm lượng RS (%) thủy phân 16 nồng độ enzyme khác 98 Hình 3.16 Ảnh hưởng nhiệt độ nướng đến độ đàn hồi bánh mỳ 103 Hình 3.17 Ảnh hưởng nhiệt độ nướng đến hàm lượng RS 103 Hình 3.18 Ảnh hưởng nhiệt độ nướng đến thể tích bánh mỳ 104 Hình 3.19 Độ cứng cookie thay saccharose đường cỏ 105 Hình 4.1 Sơ đồ quy trình bảo quản chuối Bom 112 113 vii Hình 4.2 Sơ đồ quy trình sản xuất tinh bột chuối Bom 113 114 Hình 4.3 Sơ đồ quy trình sản xuất tinh bột chuối Bom 114 viii DANH MỤC BẢNG Bảng 1.1 Bảng thành phần hóa học chuối Bảng 1.2 Phân loại hai giống chuối Musa acuminata Musa balbisiana Bảng 1.3 Bảng phân loại khoa học chuối bom Bảng 1.4 Thành phần hóa học chuối bom xanh Bảng 1.5 Phân loại tinh bột 12 Bảng 1.6 Bảng phân loại, nguồn thực phẩm tác nhân làm giảm lượng RS tiêu hóa chúng 19 Bảng 1.7 Tính chất chức lợi chế phẩm thương mại RS2 RS3 25 Bảng 1.8 Một số phương pháp tạo RS 35 Bảng 1.9 Một số phương pháp thông dụng đo lường RS 36 Bảng 1.10 Bảng thành phần hóa học loại bột mỳ 40 Bảng 1.11 Bảng thành phần hóa học trung bình nấm men bánh mỳ 41 Bảng 1.12 Bảng số tiêu hóa lý bánh mỳ 44 Bảng 1.13 Bảng tiêu vi sinh bánh mỳ 45 Bảng 1.14 Bảng tiêu cảm quan bánh mỳ 45 Bảng 1.15 Bảng số tiêu hóa lý bánh cookie 48 Bảng 1.16 Bảng số tiêu vi sinh bánh cookie 48 Bảng 1.17 Bảng số tiêu cảm quan bánh cookie 49 Bảng 2.1 Bảng tiêu chí lựa chọn nguyên liệu 50 Bảng 2.2 Bảng thông tin enzyme sử dụng 50 Bảng 2.3 Bảng dụng cụ, thiết bị sử dụng nghiên cứu 60 Bảng 2.4 Bảng hóa chất sử dụng 61 Bảng 2.5 Bảng Giá trị sinh nhiệt chất 74 Bảng 3.1 Kết điều tra số thông tin từ nhà vườn 76 Bảng 3.2 Kết xác định số tiêu nguyên liệu chuối 78 ix 2.2 Phương pháp nghiên cứu Nội dung nghiên cứu đề tài trình bày sơ đồ Hình 2.6 Nội dung nghiên cứu ➢ ➢ ➢ ➢ Hàm lượng protein Hàm lượng tro Hàm lượng lipid Hàm lượng tinh bột ➢ Xác định số tiêu o Độ ẩm o Protein, tro, lipid o Tinh bột tổng ➢ Tính chất đặc trưng o Chụp SEM o Chụp X-Ray o Độ trương nở o Mức độ thủy phân Khảo sát lựa chọn xác định TPHH chuối Bom ➢ Chế độ chăm sóc ➢ Khối lượng chuối ➢ Độ tuổi Xác định quy trình bảo quản chuối ➢ Kích thước cắt lát chuối ➢ Nồng độ natribisulfit ngâm trắng Xác định quy trình sản xuất tinh bột chuối Bom ➢ Tỉ lệ nguyên liệu: nước ➢ Nồng độ acid citric natribisulfit ➢ Lượng enzyme cellulase xử lý ➢ Lượng enzyme pectinase xử lý ➢ Tốc độ thời gian ly tâm Đánh giá tính chất tinh bột chuối Bom Làm giàu RS tinh bột chuối Bom ➢ Định lượng RS ➢ Hàm lượng amilose ➢ Chụp SEM, Xray ➢ Xác định số tiêu hóa học, vi sinh, cảm quan theo tiêu chuẩn ➢ Hàm lượng RS ➢ Năng lượng ➢ Thể tích, khối lượng độ đàn hồi Xác định tính chất tinh bột chuối Bom sau làm giàu Ứng dụng sản xuất bánh mỳ cookie Xác định chất lượng sản phẩm cuối Hình 2.6 Sơ đồ bố trí thí nghiệm 62 ➢ Nồng độ Enzyme ➢ Thời gian thủy phân Enzyme ➢ Tỉ lệ tinh bột thay ➢ Nhiệt độ nướng bánh 2.2.1 Các khảo sát trình sản xuất tinh bột chuối từ chuối 2.2.1.1 Điều tra, khảo sát lựa chọn nguồn cung cấp nguyên liệu chuối ban đầu Mục tiêu: chọn địa điểm thời gian thu hoạch chuối với chất lượng tốt nhất, chất lượng chuối phụ thuộc vào điều kiện khí hậu, chế độ chăm sóc, tưới tiêu phân bón, độ tuổi để đảm bảo nguyên liệu cho khảo sát đồng hàm lượng tinh bột thu nhận cao Phương pháp điều tra khảo sát: khảo sát nhà vườn trồng chuối Bom có diện tích trồng chuối Bom 1000m2 xã thuộc huyện Trảng Bom Thống thuộc tỉnh Đồng Nai: Nhà vườn 1: Xã Thanh Bình, Huyện Trảng Bom Nhà vườn 2: Xã Cây Gáo, Huyện Trảng Bom Nhà vườn 3: Xã Quang Trung, Huyện Thống Nhất Điều tra chế độ chăm sóc, phân bón, tưới tiêu chuối thời điểm thu - hái chuối nhóm nhà vườn thơng số cụ thể sau: diện tích (m2), hình thức canh tác, loại đất trồng cây, số lượng cụm (cụm), độ tuổi cụm cây, chiều cao (m), khoảng cách cụm (m), độ rộng tán cụm (m2), số lần tỉa chồi/năm, số lần tưới nước, lượng nước tưới/lần, loại phân bón, khối lượng phân bón (kg/cụm/vụ), thời điểm bón phân, thời điểm thu hái Đánh giá chất lượng nguyên liệu: khối lượng trung bình/quả lớn, độ tuổi - thu nhận cho hàm lượng tinh bột cao (20-25, 30-35, 40-45, 50-55 ngày tuổi) thông số cố định liệt kê đây: - Tỷ lệ nguyên liệu: nước (w/w): 50/50 - Khối lượng hỗn hợp dịch sau xay nghiền: 200g - Nồng độ natribisulfit sử dụng làm trắng: 0,015M (200ml) - Đơn vị enzyme cellulase bổ sung trình ủ: 4U/g chuối - Đơn vị enzyme pectinase bổ sung trình ủ: 6U/g chuối - Thời gian cho ủ xử lí enzyme làm trắng: 2h - Tốc độ ly tâm ly tâm: 2500 vòng/phút, thời gian 20 phút - Nhiệt độ sấy: 450C 63 - Độ ẩm thành phẩm: