Báo cáo cuối kì môn giới thiệu ngành tinh bột kháng

Sau khi tinh bột kháng đượclên men bởi vi sinh vật, nó sẽ tạo ra các acid béo chuỗi ngắn Short-chain fatty acid - SCFAchủ yếu là acetate, propionate và butyrate và các khí CO2, CH4, H2 đ

ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN

Khoa Hóa học



MÔN GIỚI THIỆU NGÀNH TINH BỘT KHÁNGNHÓM 51: BÁT TỬ

2.2 Lợi ích của tinh bột kháng 8

Danh mục hình

Hình 1: Sơ đồ các loại tinh bột kháng khác nhau và cấu trúc của chúng 4

Hình 2: Cơ chế chuyển hóa của tinh bột kháng 8

Hình 3: Các thực phẩm từ tinh bột kháng 10

Hình 4: Quá trình tăng hàm lượng RS bằng phương pháp ủ 14

Hình 5: Kết quả quá trình xử lí độ ẩm bằng thủy nhiệt 14

Hình 6: Quá trình dextrin hóa ở tinh bột kháng 15

Lời mở đầu

Với xã hội đang ngày càng phát triển như hiện nay, việc đào sâu hơn về tính chất củanhững vật chất tưởng chừng đơn giản đang là vấn đề được rất nhiều nhà khoa học đem raluận bàn và nghiên cứu Đặc biệt là đối với nền công nghiệp lương thực – thực phẩm Nếuthế hệ Gen X, nơi thức ăn chỉ là nguồn nhu yếu phẩm thiết yếu để có thể tồn tại Hay thế hệGen Y, khi mà thức ăn đã được nâng tầm để có thể phục vụ những thực khách với vị giáckhó tính, nó đã được hoàn thiện hơn về mặt kết cấu để có thể đưa ra những thành phẩm kiếntạo cho hương vị nhân loại thì ở Gen Z và Gen Alpha, không chỉ đơn giản là đủ và ngon màcon người còn đặc biệt chú ý dến sức khỏe Việc phát triển và đào sâu về mặt cấu trúc củacác loại nguyên liệu để biến đổi cấu trúc của chúng sao cho phù hợp với nhu cầu bảo vệ sứckhỏe của khách hàng chưa bao giờ là một vấn đề hết nóng hổi ở thế kỉ 21 ngày nay Đặc biệt

là đối với tinh bột, một hợp chất xuất hiện rất nhiều trong thực phẩm rất quen thuộc đối vớiChâu Á nói chung và Việt Nam nói riêng, đó chính là gạo Tại chương trình Shark Tank tập

4 mùa 5 [1], Công ty cổ phần Chăm sóc sức khỏe đường ruột của Giám đốc Nguyễn TuấnDương với việc tạo ra một sản phảm tiêu dùng trực tiếp có hàm lượng tinh bột kháng cao từđậu xanh đã ngay lập tức nhận ngay 4 tỉ đồng cho 36% cổ phẩn từ shark Liên đã cho thấyrằng, lợi ích của tinh bột kháng đối với người tiêu dùng là rất lớn ở Việt Nam Ở thế giới,quy mô thị trường tinh bột kháng toàn cầu được định giá là 1.265,07 tỷ USD vào năm 2022

và ước tính sẽ mở rộng với tốc độ tăng trưởng kép hàng năm (CAGR) là 8,9% từ năm 2023đến năm 2030 [2] Chứng tỏ rằng, nhu cầu về các sản phẩm thực phẩm tiện lợi và đóng góicũng như nhận thức về sức khỏe ngày càng tăng trong cộng đồng, người tiêu dùng đang thúcđẩy nhu cầu về chất phụ gia từ nguồn thực vật như tinh bột kháng Và 8 năm trở lại đây, mộtloại tinh bột kháng là tinh bột kháng loại 5 đã được phát hiện và được công nhận là 1 phânloại mới của tinh bột kháng [3] Điều đó đã chứng minh rằng, tinh bột kháng vẫn đang đượcnghiên cứu và phát triển để có thể đáp ứng các yêu cầu sử dụng ngày càng khắt khe về mặcsức khỏe đối với thực phẩm của xã hội và cộng đồng

1 Tổng quan

1.1 Định nghĩa tinh bột kháng

Là một loại carbohydrate phức tạp, có chức năng tương tự chất xơ hoà tan, nhưng chỉ

có 2,5calo/gam và có khả năng kháng enzyme tiêu hoá Có cấu trúc giống tinh bột nhưngmen tuỵ không thể tiêu hoá được trong ruột non mà sẽ đi vào ruột già và lên men do hệ vikhuẩn [4] RS được lên men có chọn lọc trong ruột già bởi các vi khuẩn sản xuất butyrate,bao gồm các loài Eubacteria trực tràng và Bifidobacteria [5] Sau khi tinh bột kháng đượclên men bởi vi sinh vật, nó sẽ tạo ra các acid béo chuỗi ngắn (Short-chain fatty acid - SCFA)chủ yếu là acetate, propionate và butyrate và các khí (CO2, CH4, H2) đóng vai trò như mộtnguồn năng lượng cho các tế bào ruột kết, làm giảm độ pH trong ruột [6], bổ sung vi khuẩn

có lợi cho đường tiêu hóa, đồng thời làm giảm nguy cơ phát triển hội chứng bệnh đường ruộtkích thích, bệnh viêm ruột, bệnh tim mạch [7], đồng thời có thể đóng vai trò điều chỉnh cânbằng nội môi glucose và lipid [6]

1.2 Phân loại tinh bột kháng

Hình 1: Sơ đồ các loại tinh bột kháng khác nhau và cấu trúc của chúng

(Nguồn: Lisha Shen, Jiayang Li, Yunhai Li, Resistant starch formation in rice: Geneticregulation

and beyond, 09.05.2022)

1.2.1 Tinh bột kháng loại 1 (RS1 - Physically inaccessible starch)

Tinh bột kháng loại 1 không thể tiếp cận enzyme thuỷ phân amylolytic, không thể tiêuhoá được về mặt vật lý, vì đường tiêu hoá thiếu các enzyme có khả năng phân huỷ cellulose,

hemicellulose, lignin, và các thành phần khác của tế bào thực vật Vì thế, tinh bột cùngnhững mảnh mô thực vật đi qua ruột non ở dạng nguyên vẹn [8] Nói cách khác, các hạt tinhbột được bảo vệ, bao quanh bởi ma trận protein và vật liệu thành tế bào Điều đó dẫn đến cácenzyme sẽ bị ức chế và ngăn chặn về mặt vật lí trong việc tiếp cận tinh bột Những cấu trúcvật lý này là lí do sự tiêu hoá tinh bột bị cản trở và làm giảm phản ứng đường huyết Phảnứng đường huyết sau bữa ăn thấp hơn đáng kể sau khi ăn mì ống bột báng so với bánh mìtrắng Tinh bột còn sót lại không được tiêu hóa ở ruột non sẽ đi vào đại tràng dưới dạng RS1[8] Ví dụ là các thực phẩm giàu tinh bột: mì ống, hạt, ngũ cốc nguyên hạt, bánh mì, đậu, Chúng tiêu hoá với tốc độ chậm, có thể tiêu hoá hoàn toàn nếu được xay, nghiền (xử lí đúngcách).

1.2.2 Tinh bột kháng loại 2 (RS2 - Resistant granules - phổ biến nhất)

Tinh bột kháng loại 2 là loại được nghiên cứu rộng rãi nhất, không thể tiếp cậnenzyme, được bảo vệ khỏi quá trình tiêu hoá do chúng có cấu trúc tinh thể đặc biệt bảo vệkhỏi quá trình tiêu hóa, thủy phân chậm bởi alpha-amylase Tinh bột kháng loại 2 có nhiệt

độ hồ hóa cao, trên điểm sôi của nước; sau khi đun sôi hoặc nấu ở nhiệt độ dưới nhiệt độ hồhóa, loại tinh bột này vẫn giữ được cấu trúc tinh thể và có khả năng chống thủy phân bằngenzyme [9] Chúng có trong tinh bột thô, loại tinh bột này có tính kháng tự nhiên do tínhchất của hạt tinh bột, bao gồm tinh bột ngô có hàm lượng amyloza cao, chuối chưa chín vàkhoai tây sống [10, 11] Hiện tượng tinh bột thô kháng lại hoạt động của enzyme amylassevẫn chưa được khám phá đầy đủ Khả năng kháng của tinh bột khoai tây thô là do kích thướchạt lớn, vì thế nên khả năng sử dụng enzyme của chúng bị hạn chế [8] Tinh bột kháng loại 2

có tốc độ tiêu hoá rất chậm, chỉ hoàn toàn tiêu hoá khi mới nấu chín

1.2.3 Tinh bột kháng loại 3 (RS3 - Retrograded starch)

Tinh bột kháng loại 3 (RS3) là tinh bột bị thoái hóa amylose và tinh bột Các phân tửamyloza có cấu trúc tuyến tính nên có xu hướng hình thành các chuỗi xoắn kép, đặc biệt là ởgần nhiệt độ lạnh (4–5°C) và có độ ẩm thích hợp Amylose thoái hóa có nhiệt độ hồ hóa cao,lên tới 170°C và không thể phân ly khi nấu Tuy nhiên, nhiệt độ hồ hóa của amyloza thoáihóa giảm khi chiều dài chuỗi amyloza bị rút ngắn Sau khi thực phẩm giàu tinh bột được bảoquản, đặc biệt là trong tủ lạnh, các phân tử amyloza và chuỗi nhánh dài của amylopectin tạo

thành các chuỗi xoắn kép và mất khả năng liên kết với nước Các chuỗi xoắn kép của phân

tử tinh bột không khớp với vị trí liên kết enzyme của amylase, do đó chúng không thể bịthủy phân bởi enzyme này [9] Ví dụ như mì ống, cơm, khoai tây chín đã nấu và để nguội.Tinh bột kháng loại 3 có tốc độ chậm, khả năng tiêu hoá hoàn thiện hơn khi được làm nóngtrở lại

1.2.4 Tinh bột kháng loại 4 (RS4 - Physically or chemically modified starch and starch with non-starch bonds)

Tinh bột biến đổi về mặt hoá học hình thành bằng cách liên kết chéo, hoặc bằng cáchthêm các dẫn xuất hoá học Tinh bột có mức độ liên kết chéo cao sẽ mất khả năng trương nởtrong quá trình nấu Do đó, sau khi được nấu, tinh bột có liên kết chéo cao vẫn ở dạng hạt, ítnhạy cảm với enzyme và không thể bị thủy phân bởi amylase hoặc lên men bởi vi khuẩn [9].Các chất hóa học ức chế quá trình phân thủy tinh bột có thể bao gồm quá trình dextrin hóa,quá trình ete hóa, quá trình este hóa và quá trình oxy hóa cũng như liên kết chéo với cácthuốc thử khác chức năng và có thể ảnh hưởng rõ rệt đến chức năng kỹ thuật thực phẩm do

RS đóng góp cho thực phẩm, ví dụ: độ hòa tan và dung sai quá trình [10] Tinh bột sẽ trảiqua quá trình dextrin hoá trong quá trình đun nóng tinh bột ở nhiệt độ cao, có thể có hoặckhông có thêm acid làm chất xúc tác Mức độ khử polyme hoá tinh bột diễn ra trong quátrình xử lí này, tính chất của dextrin được hình thành phụ thuộc vào nguồn gốc thực vật củatinh bột và điều kiện dextrin hoá (đặc biệt là nhiệt độ và độ acid) [8] Tính kháng của tinhbột bị biến đổi về mặt hoá học đối với hoạt động của các enzyme thuỷ phân tinh bột là kếtquả của sự thay đổi thành phần và cấu trúc của hạt tinh bột sau khi biến tính [8] Các thựcphẩm điển hình cho tinh bột kháng loại 4 là những loại tinh bột biến tính: bánh ngọt, bánhmì, Khả năng tiêu hoá của tinh bột kháng loại 4 giảm có thể do sự tương tác của chúng vớimột số chất, bao gồm lipid thâm nhập vào bên trong các chuỗi xoắn amylose Các phức hợptinh bột cao lương với monoglycerides của acid béo trong bột nhão tinh bột thể hiện tínhnhạy cảm giảm với hoạt động của amylases [14], ví dụ một số hợp chất khác cũng có hiệntượng tương tự: một vài acid béo [8] Không trải qua quá trình thuỷ phân với amylase, chúngtạo thành các phức chất bền vững cùng với chuỗi amylose Những phức chất ấy cũng đượchình thành ở nhiệt độ 37°C, cụ thể là trong ruột non của con người - nơi các acid béo giải

phóng từ lipid dưới sự tác động của lipase, có thể tạo phức với các sản phẩm thuỷ phân mộtphần tinh bột, di đó làm tăng lượng tinh bột kháng không được tiêu hoá đi vào ruột già[8,13].

1.2.5 Tinh bột kháng loại 5 (RS5 - starch-lipid complex)

Tinh bột đã liên kết với một loại chất béo - phức hợp amylose-lipid, hoặc maltodextrinđược biến đổi cấu trúc khiến nó khó tiêu hoá hơn Khi tinh bột tương tác với lipid, amyloza

và chuỗi nhánh dài của amylopectin tạo thành phức hợp xoắn đơn với acid béo và rượu béo[9] Khi chuỗi tinh bột tuyến tính có cấu trúc phức hợp xoắn ốc với acid béo phức hợp trongkhoang xoắn ốc, sự liên kết và phân cắt tinh bột bởi amylase sẽ bị ngăn chặn Ngoài ra, phứchợp

amylose-lipid còn quấn vào các phân tử amylopectin, hạn chế sự trương nở của hạt tinh bột

và quá trình thủy phân enzyme [12] Bởi vì sự hình thành phức hợp amylose-lipid là một

phản ứng tức thời và phức hợp có thể tái tạo sau khi nấu nên tinh bột kháng loại V (RSV)được coi là ổn định nhiệt [9].

Hình 2: Bảng tóm tắt tổng quan phân loại tinh bột kháng

Nguồn: food-sources-and-factors-affecting_tbl1_330644723 Ngày truy cập: 30/11/2023

https://www.researchgate.net/figure/Classification-of-types-of-resistant-starch-RS-2 Ảnh hưởng của tinh bột kháng đến sức khỏe con người

2.1 Nguyên lý hoạt động

Tinh bột kháng là một loại carbohydrate không bị phân hủy thành đường, không đượctiêu hóa trong ruột non Do có cấu trúc phức tạp hơn các loại tinh bột thông thường vì chứacác liên kết hợp lực giữa các hạt tinh bột nên chúng khó bị enzyme amilaza tiêu hoá trongruột non Do đó, Nó đi qua ruột non mà không bị phân giải hoàn toàn và tiếp tục đi tiếp vàoruột già Sau đó nó được lên men nhờ vào vi khuẩn đường ruột có trong ruột già

Quá trình diễn ra trong cơ thể:

Dạ dày  Ruột non  Ruột già

Trong dạ dày: tinh bột kháng chịu sự tác động của enzyme tiêu hoá và acid dạ dày Môitrường acid trong dạ dày làm cho nó khó bị phân giải và tiếp tục đi vào ruột non

Tại ruột non: do không được tiêu hoá nên nó đi qua ruột non mà không bị phân giảihoàn toàn và tiếp tục đi vào ruột già

Tại ruột già: tinh bột kháng trở thành nguồn dinh dưỡng cho vi khuẩn có sẵn trongđường ruột, lúc này tinh bột kháng sẽ trải qua quá trình lên men nhờ vào vi khuẩn đườngruột sau đó tạo ra các acid béo ngắn có lợi cho sức khoẻ

Hình 2: Cơ chế chuyển hóa của tinh bột kháng

(Nguồn: the healthy grain, Food & Nutrition blog, 10.07.2018)

Về mặt sinh lý

Cải thiện đường huyết và isullin, tinh bột kháng kết hợp với chất xơ trong bữa ăn có tácdụng cân bằng đường huyết rất tốt Loại tinh bột này cũng tăng độ nhạy insulin của cơ thể.Nhờ đó có thể giảm nguy cơ mắc tiểu đường tuýp 2 Nghiên cứu đã chỉ ra rằng, sau khinghiên cứu khoảng 4 tuần tiêu thụ từ 15 – 30 gam tinh bột đề kháng vào mỗi ngày có thể cảithiện được lượng insulin nhạy cảm trong khoảng 33 – 50% của cơ thể [15]

Một số nghiên cứu đã chỉ ra rằng lượng RS hấp thụ có mối tương quan thuận với mứcacid propionic trong huyết thanh Acid propionic làm giảm nồng độ lipoprotein và

cholesterol mật độ thấp trong huyết thanh và gan ở chuột RS làm tăng acid béo chuỗi ngắn

và giảm mức cholesterol toàn phần và chất béo trung tính trong huyết tương ở loài gặmnhấm điều này cho thấy RS có tác động tích cực trong việc giảm mức cholesterol Acidbutyric được tạo ra bởi quá trình lên men RS làm tăng sự bài tiết các hợp chất acid mật, tăngcường hoạt động của hydrolase acid mật và làm giảm sự hấp thu lipid, từ đó làm tăng acidbéo tự do trong phân Cụ thể trong các thí nghiệm, RS có thể làm giảm 22 – 32% cholesterol

và 29 – 42% triglyceride trong máu [16]

Về đường ruột và hệ vi sinh đường ruột, RS có khả năng tăng cường quá trình lên men

ở đường ruột và do đó tăng cường sự sản sinh SCFA và cải thiện sức khỏe đường ruột.Ngoài ra có tác dụng thúc đẩy nhu động ruột, rút ngắn thời gian vận chuyển các chất trongruột và tăng lượng phân giúp ngăn ngừa táo bón Cũng nhờ khả năng làm giảm pH ruột nêntinh bột kháng giúp hệ tiêu hóa hấp thụ dinh dưỡng tốt hơn, phòng ngừa bệnh ung thư đạitràng Các nghiên cứu trên lợn và người cho thấy chế độ ăn uống giàu RS sẽ làm thay đổithành phần SCFA chứng tỏ có sự biến đổi hệ vi sinh đường ruột và sự tương tác giữa RS vớicác vi sinh vật tại đây Mặc khác, các nghiên cứu cũng ghi nhận rằng khi sử dụng RS cùngvới các prebiotic khác như FOS, lượng vi sinh vật đường ruột gia tăng cao hơn so với khi sửdụng chúng một cách riêng lẻ Người ta nhận thấy RS có công dụng là một cơ chất cho sựphát triển của vi khuẩn Bifidus trong các thí nghiệm in vitro , và có khả năng bảo vệ cácprobiotic đi qua được các phần trên của hệ tiêu hóa trong các thí nghiệm in vivo [17]

Tinh bột kháng có tác động đến trọng lượng cơ thể và béo phì RS khó phân hủy thành

glucose, chất được cơ thể con người sử dụng trực tiếp nên năng lượng do RS tạo ra rất thấp,chỉ xấp xỉ 10% lượng tinh bột tiêu hóa RS có thể làm giảm lượng thức ăn ăn vào bằng cáchtăng tiết các hormone liên quan đến cảm giác no như glucagon-like peptide-1 (GLP-1) vàpeptide tyrosine tyrosine (PYY) Người ta phát hiện ra rằng bánh nướng xốp có hàm lượng

RS cao sẽ kích thích cảm giác no, kéo dài thời gian tiêu hóa và dẫn đến giảm cân Việc thaythế carbohydrate bằng RS dẫn đến sự gia tăng đáng kể quá trình oxy hóa chất béo sau bữa

ăn, cho thấy RS có thể làm giảm sự tích tụ chất béo [18]

Ngoài ra, RS còn tác động đến sự hấp thụ và sử dụng khoáng chất, các axit béo chuỗingắn được tạo ra bởi quá trình lên men RS làm giảm độ pH trong ruột kết, đẩy nhanh quá

trình chuyển đổi các nguyên tố khoáng thành các ion hòa tan dễ hấp thụ qua đó cải thiện hấpthụ chất khoáng, loãng xương Người ta phát hiện ra rằng RS thúc đẩy đáng kể sự hấp thucác ion canxi và sắt trong ruột Thức ăn giàu RS cải thiện đáng kể sự hấp thu canxi và sắt khi

so sánh với tinh bột tiêu hóa hoàn toàn Ngoài ra, axit phytic có trong chất xơ có tác dụngđối kháng cao với sự hấp thụ khoáng chất, trong khi RS không chứa axit phytic và cho phéptiêu hóa và hấp thu khoáng chất hiệu quả hơn Các thử nghiệm trên chuột với chế độ ăn giàu

RS cho thấy có sự tăng cường hấp thụ một số chất khoáng như calcium, magnesium, kẽm,sắt và đồng Tuy nhiên ở người, khả năng làm tăng hấp thụ calcium không đáng kể [19]

Lưu ý: Tinh bột kháng hoạt động tương tự như chất xơ trong cơ thể và nó là một phần

của nhiều loại thực phẩm hàng ngày Do đó, nói chung có rất ít nguy cơ bị tác dụng phụ khi

ăn tinh bột kháng Việc ăn nhiều tinh bột kháng có thể gây ra các phản ứng phụ nhẹ, chẳnghạn như đầy hơi và chướng bụng Tuy nhiên, việc tiêu hóa tinh bột kháng có thể gây ra ít khíhơn so với tiêu hóa một số chất xơ Một số người cũng có thể bị dị ứng hoặc phản ứng vớicác loại thực phẩm cụ thể có nhiều tinh bột kháng [20]

3 Ứng dụng thực tiễn của tinh bột kháng

Do các đặc tính hóa lý và chức năng độc đáo của tinh bột kháng (RS), bao gồm nguồngốc tự nhiên, khả năng giữ nước, nhiệt độ hồ hóa cao và hiệu suất ép đùn tốt, RS có nhiềuứng dụng trong thực phẩm và mang lại sản phẩm chất lượng cao [21]

Hình 3: Các thực phẩm từ tinh bột kháng

(Nguồn: trích từ Maximilian Stock Ltd / Getty Images)