Đang tải... (xem toàn văn)
ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINHTRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN
Khoa Hóa học
MÔN GIỚI THIỆU NGÀNHTINH BỘT KHÁNG
NHÓM 51: BÁT TỬ
Trang 32.2.Lợiíchcủatinhbột
Trang 4Danh 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
Trang 6Lời mở đầu
Với xã hội đang ngày càng phát triển như hiện nay, việc đào sâu hơn về tính chất của những vật chất tưởng chừng đơn giản đang là vấn đề được rất nhiều nhà khoa học đem ra luận bàn và nghiên cứu Đặc biệt là đối với nền công nghiệp lương thực – thực phẩm Nếu thế hệ Gen X, nơi thức ăn chỉ là nguồn nhu yếu phẩm thiết yếu để có thể tồn tại Hay thế hệ Gen Y, khi mà thức ăn đã được nâng tầm để có thể phục vụ những thực khách với vị giác khó tính, nó đã được hoàn thiện hơn về mặt kết cấu để có thể đưa ra những thành phẩm kiến tạo cho hương vị nhân loại thì ở Gen Z và Gen Alpha, không chỉ đơn giản là đủ và ngon mà con người còn đặc biệt chú ý dến sức khỏe Việc phát triển và đào sâu về mặt cấu trúc của các loại nguyên liệu để biến đổi cấu trúc của chúng sao cho phù hợp với nhu cầu bảo vệ sức khỏe 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 với Châu 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 Tuấn Dương với việc tạo ra một sản phảm tiêu dùng trực tiếp có hàm lượng tinh bột kháng cao từ đậu xanh đã ngay lập tức nhận ngay 4 tỉ đồng cho 36% cổ phẩn từ shark Liên đã cho thấy rằng, 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 2023 đến năm 2030 [2] Chứng tỏ rằng, nhu cầu về các sản phẩm thực phẩm tiện lợi và đóng gói cũng như nhận thức về sức khỏe ngày càng tăng trong cộng đồng, người tiêu dùng đang thúc đẩy nhu cầu về chất phụ gia từ nguồn thực vật như tinh bột kháng Và 8 năm trở lại đây, một loại tinh bột kháng là tinh bột kháng loại 5 đã được phát hiện và được công nhận là 1 phân loại mới của tinh bột kháng [3] Điều đó đã chứng minh rằng, tinh bột kháng vẫn đang được nghiên cứu và phát triển để có thể đáp ứng các yêu cầu sử dụng ngày càng khắt khe về mặc sức khỏe đối với thực phẩm của xã hội và cộng đồng.
Trang 71 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 nhưng men tuỵ không thể tiêu hoá được trong ruột non mà sẽ đi vào ruột già và lên men do hệ vi khuẩn [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 được lên 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 một nguồn 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 ruột kích thích, bệnh viêm ruột, bệnh tim mạch [7], đồng thời có thể đóng vai trò điều chỉnh cân bằng 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: Geneticregulationand 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 tiêu hoá được về mặt vật lý, vì đường tiêu hoá thiếu các enzyme có khả năng phân huỷ cellulose,
Trang 8hemicellulose, lignin, và các thành phần khác của tế bào thực vật Vì thế, tinh bột cùng những mảnh mô thực vật đi qua ruột non ở dạng nguyên vẹn [8] Nói cách khác, các hạt tinh bột được bảo vệ, bao quanh bởi ma trận protein và vật liệu thành tế bào Điều đó dẫn đến các enzyme sẽ bị ức chế và ngăn chặn về mặt vật lí trong việc tiếp cận tinh bột Những cấu trúc vật lý này là lí do sự tiêu hoá tinh bột bị cản trở và làm giảm phản ứng đường huyết Phản ứng đường huyết sau bữa ăn thấp hơn đáng kể sau khi ăn mì ống bột báng so với bánh mì trắng 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 đúng cách).
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 cận enzyme, được bảo vệ khỏi quá trình tiêu hoá do chúng có cấu trúc tinh thể đặc biệt bảo vệ khỏi 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 hồ hóa, loại tinh bột này vẫn giữ được cấu trúc tinh thể và có khả năng chống thủy phân bằng enzyme [9] Chúng có trong tinh bột thô, loại tinh bột này có tính kháng tự nhiên do tính chất của hạt tinh bột, bao gồm tinh bột ngô có hàm lượng amyloza cao, chuối chưa chín và khoai tây sống [10, 11] Hiện tượng tinh bột thô kháng lại hoạt động của enzyme amylasse vẫn chưa được khám phá đầy đủ Khả năng kháng của tinh bột khoai tây thô là do kích thước hạt 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 tử amyloza có cấu trúc tuyến tính nên có xu hướng hình thành các chuỗi xoắn kép, đặc biệt là ở gần 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 thoái hóa giảm khi chiều dài chuỗi amyloza bị rút ngắn Sau khi thực phẩm giàu tinh bột được bảo quản, đặc biệt là trong tủ lạnh, các phân tử amyloza và chuỗi nhánh dài của amylopectin tạo
Trang 9thành 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 bị thủy 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 nóng trở lại.
1.2.4 Tinh bột kháng loại 4 (RS4 - Physically or chemically modified starch andstarch with non-starch bonds)
Tinh bột biến đổi về mặt hoá học hình thành bằng cách liên kết chéo, hoặc bằng cách thêm các dẫn xuất hoá học Tinh bột có mức độ liên kết chéo cao sẽ mất khả năng trương nở trong quá trình nấu Do đó, sau khi được nấu, tinh bột có liên kết chéo cao vẫn ở dạng hạt, ít nhạy 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 các thuốc 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 trải qua quá trình dextrin hoá trong quá trình đun nóng tinh bột ở nhiệt độ cao, có thể có hoặc không có thêm acid làm chất xúc tác Mức độ khử polyme hoá tinh bột diễn ra trong quá trình xử lí này, tính chất của dextrin được hình thành phụ thuộc vào nguồn gốc thực vật của tinh bột và điều kiện dextrin hoá (đặc biệt là nhiệt độ và độ acid) [8] Tính kháng của tinh bột bị biến đổi về mặt hoá học đối với hoạt động của các enzyme thuỷ phân tinh bột là kết quả của sự thay đổi thành phần và cấu trúc của hạt tinh bột sau khi biến tính [8] Các thực phẩm điển hình cho tinh bột kháng loại 4 là những loại tinh bột biến tính: bánh ngọt, bánh mì, Khả năng tiêu hoá của tinh bột kháng loại 4 giảm có thể do sự tương tác của chúng với một số chất, bao gồm lipid thâm nhập vào bên trong các chuỗi xoắn amylose Các phức hợp tinh bột cao lương với monoglycerides của acid béo trong bột nhão tinh bột thể hiện tính nhạy cảm giảm với hoạt động của amylases [14], ví dụ một số hợp chất khác cũng có hiện tượng tương tự: một vài acid béo [8] Không trải qua quá trình thuỷ phân với amylase, chúng tạo thành các phức chất bền vững cùng với chuỗi amylose Những phức chất ấy cũng được hình thành ở nhiệt độ 37°C, cụ thể là trong ruột non của con người - nơi các acid béo giải
Trang 10phóng từ lipid dưới sự tác động của lipase, có thể tạo phức với các sản phẩm thuỷ phân một phần 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 maltodextrin được 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 trong khoang xoắn ốc, sự liên kết và phân cắt tinh bột bởi amylase sẽ bị ngăn chặn Ngoài ra, phức hợp
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
Trang 11phản 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: https://www.researchgate.net/figure/Classification-of-types-of-resistant-starch-RS-food-sources-and-factors-affecting_tbl1_330644723 Ngày truy cập: 30/11/2023
2 Ảnh hưởng của tinh bột kháng đến sức khỏe con người2.1 Nguyên lý hoạt động
Tinh bột kháng là một loại carbohydrate không bị phân hủy thành đường, không được tiêu hóa trong ruột non Do có cấu trúc phức tạp hơn các loại tinh bột thông thường vì chứa các liên kết hợp lực giữa các hạt tinh bột nên chúng khó bị enzyme amilaza tiêu hoá trong ruột non Do đó, Nó đi qua ruột non mà không bị phân giải hoàn toàn và tiếp tục đi tiếp vào ruột 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 Môi trường 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 giải hoàn toàn và tiếp tục đi vào ruột già.
Tại ruột già: tinh bột kháng trở thành nguồn dinh dưỡng cho vi khuẩn có sẵn trong đường ruột, lúc này tinh bột kháng sẽ trải qua quá trình lên men nhờ vào vi khuẩn đường ruột sau đó tạo ra các acid béo ngắn có lợi cho sức khoẻ.
Trang 12Hình 2: Cơ chế chuyển hóa của tinh bột kháng
(Nguồn: the healthy grain, Food & Nutrition blog, 10.07.2018)
2.2 Các tác động của tinh bột khángVề mặt hóa lý
Tinh bột kháng tiêu hóa có đầy đủ các đặt tính hóa lý như một tinh bột thông thường, thuận lợi cho quá trình sử dụng và chế biến thực phẩm như khả năng giữ nước, trương nở và độ nhớt, khả năng hồ hóa RS đến các chức năng sinh lý của con người Do kháng lại quá trình tiêu hóa ở ruột non nên RS có rất ít tương tác với các thành phần khác của thức ăn trong hệ tiêu hóa, chúng được lên men trong ruột già bởi các vi sinh vật và sinh ra các chất khí như CO2, methane, hydrogen, các acid hữu cơ như lactate và các acid béo chuỗi ngắn (SCFA) bao gồm butyrate acetate và proprionate
Về mặt sinh lý
Cải thiện đường huyết và isullin, tinh bột kháng kết hợp với chất xơ trong bữa ăn có tác dụng 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 khi nghiên cứu khoảng 4 tuần tiêu thụ từ 15 – 30 gam tinh bột đề kháng vào mỗi ngày có thể cải thiện 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 mức acid propionic trong huyết thanh Acid propionic làm giảm nồng độ lipoprotein và
Trang 13cholesterol 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 gặm nhấm điều này cho thấy RS có tác động tích cực trong việc giảm mức cholesterol Acid butyric được tạo ra bởi quá trình lên men RS làm tăng sự bài tiết các hợp chất acid mật, tăng cường hoạt động của hydrolase acid mật và làm giảm sự hấp thu lipid, từ đó làm tăng acid béo 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 trong ruột và tăng lượng phân giúp ngăn ngừa táo bón Cũng nhờ khả năng làm giảm pH ruột nên tinh bột kháng giúp hệ tiêu hóa hấp thụ dinh dưỡng tốt hơn, phòng ngừa bệnh ung thư đại tràng Các nghiên cứu trên lợn và người cho thấy chế độ ăn uống giàu RS sẽ làm thay đổi thành phần SCFA chứng tỏ có sự biến đổi hệ vi sinh đường ruột và sự tương tác giữa RS với các vi sinh vật tại đây Mặc khác, các nghiên cứu cũng ghi nhận rằng khi sử dụng RS cùng với các prebiotic khác như FOS, lượng vi sinh vật đường ruột gia tăng cao hơn so với khi sử dụng chúng một cách riêng lẻ Người ta nhận thấy RS có công dụng là một cơ chất cho sự phát triển của vi khuẩn Bifidus trong các thí nghiệm in vitro , và có khả năng bảo vệ các probiotic 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 cách tăng tiết các hormone liên quan đến cảm giác no như glucagon-like peptide-1 (GLP-1) và peptide 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 thay thế 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 chuỗi ngắn được tạo ra bởi quá trình lên men RS làm giảm độ pH trong ruột kết, đẩy nhanh quá