Một số quy trình sản xuất tinh bột tiêu hóa chậm .... Những nghiên cứu trong và ngoài nước về kh năng tiêu hóa của tinh bột .... Một trong những sản phẩm tiềm năng do đáp ứng được các nh
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI Viện Công nghệ Sinh học Công nghệ Thực phẩm LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP THẠC SĨ Nghiên cứu tạo tinh bột tiêu hóa chậm từ tinh bột khoai lang ứng dụng PHÙNG THỊ THANH TRÚC Truc.PTTCB180039@sis.hust.edu.vn Ngành Kỹ thuật thực phẩm Chuyên ngành Công nghệ thực phẩm Học viên cao học hỗ trợ chương trình học bổng đào tạo thạc sĩ, tiến sĩ nước Quỹ Đổi sáng tạo Vingroup Giảng viên hướng dẫn: Bộ môn: Viện: PGS TS Lương Hồng Nga Chữ ký GVHD Công nghệ Thực phẩm Công nghệ Sinh học Công nghệ Thực phẩm Hà Nội, tháng năm 2020 Tai ngay!!! Ban co the xoa dong chu nay!!! 17061132129161000000 PHÙNG THỊ THANH TRÚC – LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP THẠC SĨ PHÙNG THỊ THANH TRÚC – LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP THẠC SĨ MỤC LỤC LỜI CẢM ƠN LỜI MỞ ĐẦU TÓM TẮT LUẬN VĂN DANH MỤC BẢNG DANH MỤC HÌNH CHƯƠNG I: TỔNG QUAN 11 1.1 TỔNG QUAN VỀ KHOAI LANG 11 1.1.1 Nguồn gốc khoai lang 11 1.2.2 Thành phần dinh dưỡng 11 1.2.3 Tình hình sản xuất tiêu thụ khoai lang 14 1.2.4 Ứng dụng khoai lang 16 1.3 TỔNG QUAN VỀ TINH BỘT VÀ TINH BỘT KHOAI LANG 16 1.3.1 Định nghĩa 16 1.3.2 Hình dạng kích thước tinh bột khoai lang 17 1.3.3 Cấu trúc tinh bột khoai lang 17 1.3.4 Tính chất tinh bột 18 1.4 TỔNG QUAN VỀ TINH BỘT TIÊU HÓA CHẬM (SDS) 21 1.4.1 Khái niệm tinh bột tiêu hóa chậm (SDS) 22 1.4.2 Cấu trúc tinh bột tiêu hóa chậm SDS 22 1.4.3 Lợi ích tinh bột tiêu hóa chậm (SDS) 24 1.4.4 Một số quy trình sản xuất tinh bột tiêu hóa chậm 24 1.5.1 Những nghiên cứu nước khả tiêu hóa tinh bột 32 1.5.2 Một số nghiên cứu tạo SDS từ tinh bột khoai lang 33 CHƯƠNG II: VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP 34 2.1 VẬT LIỆU NGHIÊN CỨU 34 2.2 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 34 2.2.1 Phương pháp nghiên cứu 34 2.2.2 Bố trí thí nghiệm 37 CHƯƠNG III: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 42 3.1 THÀNH PHẦN TINH BỘT KHOAI NGUYÊN LIỆU 42 3.2 KHẢO SÁT CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG TỚI QUÁ TRÌNH THỦY PHÂN PULLULANASE TỚI SỰ HÌNH THÀNH SDS 43 3.2.1 Ảnh hưởng nồng độ tinh bột tới khả tiêu hóa thủy phân pullulanase 43 3.2.2 Ảnh hưởng nồng độ pullulanase tới khả tiêu hóa tinh bột sau thủy phân PHÙNG THỊ THANH TRÚC – LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP THẠC SĨ …….44 …………………………………………………………………………………… 3.2.3 Ảnh hưởng thời gian thủy phân pullulanase tới khả tiêu hóa tinh bột khoai lang 45 3.3 TỐI ƯU HÓA QUÁ TRÌNH THỦY PHÂN TINH BỘT SỬ DỤNG ENZYME PULLULANASE TẠO SDS 46 3.3.1 Chọn miền khảo sát 46 3.3.2 Thiết lập mơ hình 46 3.3.3 Tối ưu hóa hàm lượng tinh bột tiêu hóa chậm 48 3.3.4 Kiểm tra tính tương thích mơ hình 49 3.4 NGHIÊN CỨU CHẾ ĐỘ THỐI HĨA TINH BỘT SAU THỦY PHÂN PULLULANASE LÀM TĂNG HÀM LƯỢNG SDS 49 3.4.1 chậm Ảnh hưởng nhiệt độ thối hóa đến khả hình thành tinh bột tiêu hóa 49 3.4.2 chậm Ảnh hưởng thời gian thối hóa đến khả hình thành tinh bột tiêu hóa 50 3.5 ĐƯA RA QUY TRÌNH SẢN XUẤT TINH BỘT TIÊU HĨA CHẬM 51 3.6 ỨNG DỤNG BỔ SUNG TINH BỘT TIÊU HÓA CHẬM VÀO SẢN PHẨM BÁNH YẾN MẠCH 52 3.6.1 Quy trình sản xuất bánh yến mạch 52 3.6.2 Ảnh hưởng việc bổ sung tinh bột tiêu hóa chậm tới khả tiêu hóa bánh yến mạch 53 3.6.3 Ảnh hưởng việc bổ sung tinh bột tiêu hóa chậm tới cấu trúc sản phẩm bánh yến mạch 53 3.6.4 Ảnh hưởng việc bổ sung tinh bột tiêu hóa chậm tới màu sắc sản phẩm bánh yến mạch 54 CHƯƠNG IV: KẾT LUẬN 55 PHỤ LỤC 56 TÀI LIỆU THAM KHẢO 58 PHÙNG THỊ THANH TRÚC – LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP THẠC SĨ LỜI CẢM ƠN Vậy kết thúc chặng đường dài năm làm học trò mái trường Bách Khoa Giờ phút đây, cảm xúc mạnh mẽ ùa về, nơi gửi gắm phần xuân tươi đẹp, nơi chắp cánh ước mơ bay xa, nơi mở rộng cánh cửa tương lai tốt đẹp cho hệ học trị Ngày hơm nay, hai tiếng Bách Khoa thân thương ln vang lên tâm trí tơi với lịng biết ơn vơ hạn Em xin cảm ơn chân thành đến PGS.TS.Lương Hồng Nga, người thầy tận tụy dìu dắt em từ ngày em đặt chân lên phịng thí nghiệm cách năm, người tận tâm dạy em điều quý giá không kiến thức chuyên môn mà điều hay lẽ phải sống, người truyền động lực để em vươn lên chạm tới thành tích tốt đẹp Em xin chân thành cảm ơn Th.S.Dương Hồng Quân đồng hành em đề tài nghiên cứu, tạo điều kiện thuận lợi cho em hoàn thành luận văn Em xin cảm ơn TS Nguyễn Tiến Cường bạn sinh viên phịng thí nghiệm C4-209 Trí, Phương, Vân Anh, Tuyên, Gấm, Hạnh, Xuyến, Hương, Son,… sẻ chia, hỗ trợ em nhiều trình làm luận văn Cảm ơn gia đình bạn bè bên động viên tinh thần để giúp em vượn lên cố gắng khó khăn Em xin cảm ơn tất thầy cô dạy em học quý báu, cung cấp kiến thức chuyên môn vững để em đủ tự tin bước vào sống Em xin cảm ơn thầy cô lãnh đạo Bộ môn, lãnh đạo Viện, phòng Đào tạo, GS.TS.Lê Anh Tuấn – Viện trưởng viện Cơ khí Động lực anh chị phịng Hợp tác Đối ngoại tạo điều kiện thuận lợi cho em chương trình trao đổi quốc tế, giúp em có hội học hỏi kiến thức bổ ích giá trị tốt đẹp quốc gia giới Em xin cảm ơn quỹ học bổng Đổi Sáng tạo tập đoàn Vingroup hỗ trợ nhiều vật chất để em hồn thiện đề tài nghiên cứu cách thuận lợi Và cuối cùng, cảm ơn Bách Khoa tất cả! Hà Nội, ngày 09 tháng 09 năm 2020 Học viên Phùng Thị Thanh Trúc PHÙNG THỊ THANH TRÚC – LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP THẠC SĨ LỜI MỞ ĐẦU 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 cầu tiêu thụ sản phẩm tốt 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 tiêu hóa chậm (Slowly Digestible Starch – SDS) mối quan tâm đặc biệt nhà khoa học tập trung nghiên cứu 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,…tinh bột kháng tiêu hóa (RS) phần tinh bột khơng bị tiêu hóa sau 120 phút ruột non, lên men ruột già có ảnh hưởng tốt sức khỏe người Trong khoảng năm trở lại đây, từ năm 2015 đến 2020, theo thống kê sciencedirect.com số lượng nghiên cứu liên quan tới tinh bột tiêu hóa chậm giới có xu hướng gia tăng mạnh, điều chứng tỏ chủ đề quan tâm nghiên cứu Tuy nhiên, Việt Nam, nghiên cứu liên quan tới khả tiêu hóa tinh bột cịn hạn chế với đối tượng SDS, nghiên cứu chủ yếu tập trung làm thay đổi hàm lượng RS Chính vậy, nghiên cứu quy trình sản xuất tinh bột tiêu hóa chậm sử dụng nguồn tinh bột Việt Nam nhu cầu thiết yếu Trong bối cảnh phát triển khoa học công nghệ nay, sản phẩm nông sản Việt Nam cho suất chất lượng tốt Bên cạnh đó, so với loại tinh bột khác tinh bột sắn, tinh bột khoai lang chứng minh có mạch phân tử dài, phân nhánh, hàm lượng amylose cao, tạo điều kiện thuận lợi cho thủy phân cắt nhánh tái tạo tinh thể, tăng hàm lượng tinh bột tiêu hóa chậm Vì lý đó, đề tài “Nghiên cứu chế độ tạo tinh bột tiêu hóa chậm từ tinh bột khoai lang ứng dụng” khả thi phù hợp với nhu cầu bối cảnh kinh tế Việt Nam PHÙNG THỊ THANH TRÚC – LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP THẠC SĨ TÓM TẮT LUẬN VĂN Khoai lang loài lương thực phổ biến nước ta Với nguồn tinh bột dồi dào, sẵn có, việc sản xuất thực phẩm chức có nguồn gốc tinh bột khoai lang giới khoa học quan tâm, định hướng nghiên cứu sản xuất tinh bột tiêu hóa chậm (Slowly Digesible Starch – SDS) Đã có nhiều nghiên cứu chứng minh tính chất chức có lợi cho sức khỏe SDS phòng chống bệnh tiểu đường, tim mạch, béo phì giữ ổn định lượng lâu dài thể Tinh bột tiêu hóa chậm có nhiều ứng dụng công nghiệp thực phẩm sản xuất đồ uống, mỳ ăn liền, bánh kẹo, dược phẩm, thực phẩm chức năng,… Chính đặc tính q giá này, việc nghiên cứu, phát triển chế độ công nghệ phù hợp sản xuất tinh bột tiêu hóa chậm cần thiết Mục tiêu nghiên cứu tối ưu hóa q trình sản xuất tinh bột tiêu hóa chậm cách sử dụng enzyme pullulanase kết hợp thối hóa tinh bột đối tượng nghiên cứu tinh bột khoai lang Hoàng Long thu hoạch Việt Yên, Bắc Giang Chế độ tối ưu trình thủy phân tinh bột pullulanase đưa nồng độ tinh bột 10%, nồng độ enzyme 19.343ASPU/g, thời gian thủy phân 7h cho kết hàm lượng SDS tăng từ 12.3% lên 46.13% Chế độ thoái hóa làm giàu SDS sau thủy phân thích hợp nhiệt độ 4oC, thời gian 48h cho hàm lượng SDS tăng từ 46.13% lên 52.62% Ứng dụng bổ sung tinh bột tiêu hóa chậm 30% vào sản phẩm bánh yến mạch cho kết tăng hàm lượng SDS sản phẩm không bổ sung từ 37.5% lên 48%, hàm lượng RDS giảm từ 46.97% xuống 40.92% Điều chứng minh hiệu bổ sung tinh bột tiêu hóa chậm đạt đáng kể Ngồi ra, việc bổ sung SDS có làm cho bánh yến mạch thay đổi độ cứng màu sắc, nhiên thay đổi nằm ngưỡng chấp nhân Từ khóa: Ipomoea Batatas, tinh bột tiêu hóa chậm, SDS PHÙNG THỊ THANH TRÚC – LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP THẠC SĨ DANH MỤC BẢNG Bảng 1.1: Thông tin dinh dưỡng có 100g khoai lang (Theo Food Data Central) Bảng 1.2: Sản lượng khoai lang giới năm 2013 Bảng 1.3: Tình hình sản xuất khoai lang Việt Nam từ năm 2015 đến năm 2018 Bảng 1.4: Một số phương pháp sản xuất SDS Bảng 1.5: Sản phẩm tạo thành các nhóm enzyme pullulanase Bảng 3.1: Thành phần dinh dưỡng tinh bột khoai lang Hoàng Long Bảng 3.2: Hàm lượng RDS, SDS RS tinh bột khoai lang tự nhiên so với tổng lượng tinh bột Bảng 3.3: Giá trị mã hóa thực nghiệm yếu tố thực nghiệm Bảng 3.4: Ma trận thực nghiệm với yếu tố nồng độ tinh bột, nồng độ enzyme, thời gian kết thí nghiệm Bảng 3.5: Các phương án tối ưu, giá trị biến Bảng 3.6: Kiểm tra tính tương thích mơ hình tối ưu Bảng 3.7: Ảnh hưởng nhiệt độ thối hóa tới khả hình thành tinh bột tiêu hóa chậm Bảng 3.8: Ảnh hưởng thời gian thối hóa tới khả hình thành tinh bột tiêu hóa chậm Bảng 3.9: Ảnh hưởng việc bổ sung tinh bột tiêu hóa chậm tới khả tiêu hóa bánh yến mạch Bảng 3.10: Ảnh hưởng việc bổ sung tinh bột tiêu hóa chậm tới cấu trúc sản phẩm bánh yến mạch Bảng 3.11: Ảnh hưởng việc bổ sung tinh bột tiêu hóa chậm tới màu sắc sản phẩm bánh yến mạch Phụ lục 1: Ảnh hưởng nồng độ tinh bột tới khả tiêu hóa thủy phân pullulanase Phụ lục 2: Ảnh hưởng nồng độ pullulanase tới khả tiêu hóa tinh bột sau thủy phân Phụ lục 3: Ảnh hưởng thời gian thủy phân pullulanase tới khả tiêu hóa tinh bột khoai lang PHÙNG THỊ THANH TRÚC – LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP THẠC SĨ DANH MỤC HÌNH Hình 1.1: Hình dạng tinh bột số giống khoai lang Việt Nam soi kính hiển vi điện tử Hình 1.2: Mơ hình cấu trúc tinh thể tinh bột dạng A Hình 1.3: Cơ chế trương nở tinh bột Hình 1.4: Q trình hồ hố tinh bột Hình 1.5: Sơ đồ q trình tạo gel – thối hố gel tinh bột Hình 1.6: Đặc tính sinh học loại tinh bột (a) Thí nghiệm hệ tiêu hóa giả lập (b) thí nghiệm hệ tiêu hóa thực phản ứng đường huyết RDS, SDS RS Hình 1.7 : Cấu trúc tinh bột tự nhiên tinh bột qua biến tính Hình 1.8: Một số quy trình sản xuất SDS Hình 1.9: Ảnh hưởng thời gian thủy phân tinh bột ngô enzyme pullulanase đến hình thành tinh bột tiêu hóa chậm Hình 1.10: Cơ chế gắn nhánh enzyme Transglucosidase Hình 1.11 : Cơ chế tái tạo cấu trúc tinh thể amylose Hình 1.12: Ảnh hưởng thời gian thối hóa tinh bột sau thủy phân pullulanase tới khả tiêu hóa tinh bột ngơ Hình 1.13: Ảnh hưởng nhiệt độ thối hóa tinh bột sau thủy phân pullulanase tới khả tiêu hóa tinh bột ngơ Hình 2.1: Hệ màu L, a*, b* Hình 3.1: Ảnh hưởng nồng độ tinh bột tới khả tiêu hóa thủy phân pullulanase Hình 3.2: Ảnh hưởng nồng độ pullulanase tới khả tiêu hóa tinh bột sau thủy phân Hình 3.3: Ảnh hưởng thời gian thủy phân pullulanase tới khả tiêu hóa tinh bột khoai lang Hình 3.4: Khả đạt hàm mong đợi ma trận tối ưu PHÙNG THỊ THANH TRÚC – LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP THẠC SĨ DANH MỤC VIẾT TẮT RDS: Tinh bột tiêu hóa nhanh SDS: Tinh bột tiêu hóa chậm RS: Tinh bột kháng tiêu hóa 10