Luận văn thạc sĩ Công nghệ thực phẩm: Nghiên cứu sản xuất tinh bột gạo chậm tiêu hóa bằng Enzyme Maltogenic Amylase

TÊN ĐỀ TÀI: NGHIÊN CỨU SẢN XUẤT TINH BỘT GẠO CHẬM TIÊU HÓA BẰNG ENZYME MALTOGENIC AMYLASE NHIỆM VỤ LUẬN VĂN:  Xác định thành phần hóa học của nguyên liệu bột gạo và sản phẩm tinh bột

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HCM

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

PHẠM THỊ HOÀNG YẾN

NGHIÊN CỨU SẢN XUẤT TINH BỘT GẠO CHẬM TIÊU HÓA

BẰNG ENZYME MALTOGENIC AMYLASE

CHUYÊN NGÀNH CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM VÀ ĐỒ UỐNG

LUẬN VĂN THẠC SĨ

TP HCM THÁNG 07 NĂM 2013

i

CÔNG TRÌNH ĐƯỢC HOÀN THÀNH TẠI TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HỒ CHÍ MINH

Xác nhận của Giáo viên hướng dẫn, Cán bộ chấm phản biện, Chủ tịch Hội đồng đánh giá luận văn và Bộ môn quản lý chuyên ngành sau khi luận văn đã được sửa chữa

ii

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP.HCM CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHIÃ VIỆT NAM TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA Độc Lập - Tự Do - Hạnh Phúc

NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ

Chuyên ngành: Công Nghệ Thực Phẩm và Đồ Uống MSHV: 11110226

I TÊN ĐỀ TÀI: NGHIÊN CỨU SẢN XUẤT TINH BỘT GẠO CHẬM TIÊU HÓA BẰNG ENZYME MALTOGENIC AMYLASE

NHIỆM VỤ LUẬN VĂN:

 Xác định thành phần hóa học của nguyên liệu bột gạo và sản phẩm tinh bột gạo biến tính

 Khảo sảt ảnh hưởng của pH dung dịch phản ứng đến tính chất của sản phẩm tinh bột gạo biến tính

 Khảo sát ảnh hưởng của nhiệt độ ủ enzyme lên tính chất của sản phẩm tinh bột gạo biến tính

 Khảo sát ảnh hưởng của nồng độ enzyme MAase lên tính chất của sản phẩm tinh bột gạo biến tính

 Khảo sát thời gian phản ứng lên tính chất của tinh bột gạo biến tính

 Tối ưu hóa các điều kiện phản ứng

 Đánh giá mẫu tối ưu

Để hoàn thành Luận văn Thạc sĩ này, tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến:

- TS Lê Quang Trí đã tận tình hướng dẫn từng bước từ lúc bắt đầu cho

đến lúc hoàn thành luận văn

- PSG.TS Đống Thị Anh Đào cũng như toàn thể các thầy cô giáo trong

Bộ môn thuộc chuyên ngành Công Nghệ Thực Phẩm và Đồ Uống, trường đại học Bách Khoa TP Hồ CHí Minh đã dạy dỗ cho tôi trong suốt quá trình học tập

- Các thầy cô giáo thuộc khoa Công Nghệ Thực Phẩm trường đại học

Công Nghệ Sài Gòn đã giúp đỡ tôi rất nhiều trong quá trình thực hiện đề tài

- Xin cảm ơn gia đình, bạn bè đã luôn chia sẻ, động viên, ủng hộ và giúp

đỡ tôi Cuối cùng, tôi xin gửi lời chúc sức khỏe đến tất cả mọi người!

Người thực hiện đề tài

Bài luận văn này được thực hiện với mục đích chính là nghiên cứu sản xuất tinh bột gạo biến tính có khả năng chậm tiêu hóa bằng enzyme maltogenic amylase Cơ chế của phản ứng này là làm gia tăng số lượng các liên kết α – D - (1-6) glycosidic, làm ngắn các mạch nhánh của phân tử amylose và giảm hàm lượng phân tử amylopectin, do đó sẽ làm chậm tốc độ tiêu hóa của tinh bột Sau khi khảo sát các điều kiện pH (5.0 – 6.5), nhiệt độ (40 – 70oC), nồng độ enzyme sử dụng (5 – 35U/sample) và thời gian phản ứng (0.5 – 24h) các điều kiện phản ứng sẽ được tối ưu hóa Kết quả phân tích bằng phần mềm Modde 5 cho thấy các điều kiện tối ưu gồm pH 6.0, 60oC, 27.7U/mẫu và 7.3 giờ Sử dụng phương pháp Englyst để đánh giá mẫu sau tối ưu, kết quả cho thấy sản phẩm có hàm lượng RDS giảm 13.88%, đông thời hàm lượng SDS tăng 9.73% và RS tăng 4.417% so với tinh bột gạo tự nhiên

ABSTRACT

This study aimed to produce modified rice starch which had slowly digestible property Gelatinized rice starch was treated by enzyme maltogenic amylase (EC 3.2.1.133) in order to increase the branch density of starch, shorten amylopectin chains, decrease amylose content and thereby increase quantity of SDS fraction in product By changing various factors such as: pH (5.0 – 6.5), temperature (40 – 70oC), enzyme concerntration (5 – 35U/sample), incubation time (0.5 – 24h) and then optimizing reaction conditions by Modde 5 software to find out the optimal one Using modified Englyst method to dertemine starch fraction content of modified rice starch and native one The result showed that the optimal conditions to produce slowly digestible rice starch were pH 6.0, 60oC, 27.7U/sample and 7.3h The product reduced RDS by 13.88% with concomitant increased of SDS and RS by 9.73 % and 4.147%, respectively

1.2.2 Thành phần và cấu trúc của tinh b t g o 3

1.2.3 Khả ă rươ ở, hòa tan và h hóa 4

1.3.2.3 Tinh b t x lý b ng sóng siêu âm 10

1.3.2.4 Tinh b t x lý tia gama 10

1.3.3 P ươ n tính tinh b t b ng enzyme 10

1 4 P ươ đổi gen 10

1.6.1 S tiêu hóa tinh b t ở ười 25

1.6.2 Đ ều hòa glucose trong máu 27

16.3 B nh tiể đường 28

1.6.3.1 Tiể đường type 1 28

1.6.3.2 Tiể đường type 2 28

1.6.3.3 Các bi n ch ng b nh tiể đường 29

2 YÊ V P P ÁP Ê ỨU 2.1 N 30

2.3 Bi n tính tinh b t g o b ng enzyme maltogenic amylase (MAase) 32

2.3.1 Khảo sát ả ưởng của pH dung dịch phản đ n tính chất của sản phẩm tinh b t g o bi n tính 32

2.3.2 Khảo sát ả ưởng của nhi đ ủ enzyme lên tính chất của sản phẩm tinh b t g o bi n tính 34

3.2 Bi n tính tinh b t g o b ng enzyme maltogenic amylase (MAase) 44

3.2.1 Ả ưởng của pH dung dịch phản ng lên tính chất của sản phẩm tinh b t g o bi n tính 44

3.2.2 Ả ưởng của nhi đ ủ enzyme lên tính chất của sản phẩm tinh b t g o bi n tính 46

3.2.3 Ả ưởng của n đ enzyme MAase lên tính chất của sản phẩm tinh b t g o bi n tính 48

3.3 T ư 50

3.4 Kiểm tra mẫu t ư 52

Bảng 2.1: Các chỉ tiêu chất lượng nguyên liệu bột gạo 30

Bảng 3.1: Kết quả phân tích thành phần hóa học của nguyên liệu 43

Bảng 3.2 Ảnh hưởng của pH dung dịch phản ứng đến khả năng thủy phân của sản phẩm tinh bột gạo biến tính 44

Bảng 3.3 Ảnh hưởng của nhiệt độ ủ enzyme lên khả năng thủy phân của sản phẩm tinh bột gạo biến tính 46

Bảng 3.4: Ảnh hưởng của nồng độ enzyme MAase lên khả năng thủy phân của sản phẩm tinh bột gạo biến tính 48

Bảng 3.5 Ảnh hưởng của thời gian phản ứng lên khả năng thủy phân của tinh bột gạo biến tính 50

Bảng 3.6: Mô hình tối ưu hóa 52

Bảng 3.7: Ảnh hưởng của các biến đến hàm lượng đường khử tạo thành 52

Bảng 3.8: Kết quả thủy phân tinh bột gạo biến tính 55

Bảng 3.9: Hàm lượng các thành phần của tinh bột 57

Hình 1.1: Cấu trúc hạt tinh bột 1

Hình 1.2: Cấu trúc của hạt tinh bột liên kết ngang 6

Hình 1.3: Tác động của các nhóm thế trên phân tử tinh bột biến tính 7

Hình 1.4: Đường cong lý thuyết thể hiện nhân tố thực phẩm lên nồng độ glucose trong máu 21

Hình 2.1: Sơ đồ nghiên cứu 32

Hình 2.2: Sơ đồ khảo sát pH 33

Hình 2.3: Sơ đồ khảo sát nhiệt độ 35

Hình 2.4: Sơ đồ khảo sát nồng độ enzyme 37

Hình 2.5: Sơ đồ khảo sát thời gian 38

Hình 3.1 : Ảnh hưởng của pH dung dịch phản ứng đến khả năng thủy phân của sản phẩm tinh bột gạo biến tính 44

Hình 3.2 Ảnh hưởng của nhiệt độ ủ enzyme lên khả năng thủy phân của sản phẩm tinh bột gạo biến tính 46

Hình 3.3: Ảnh hưởng của nồng độ enzyme MAase lên khả năng thủy phân của sản phẩm tinh bột gạo biến tính 48

Hình 3.4: Ảnh hưởng của thời gian phản ứng lên khả năng thủy phân của tinh bột gạo biến tính 50

Hinh 3.5: Ảnh hưởng của nồng độ enzyme và thời gian phản ứng lên lượng đường khử giải phóngở mẫu tinh bột biến tính 54

Hình 3.6: Hàm lượng glucose giải phóng ở thời điểm 20 phút và 120 phút theo phương pháp Englyst ở mẫu tối ưu (1) và mẫu đối chứng (2) 55

Hình 3.7: Biểu đồ các thành phần trong mẫu tinh bột tối ưu (1); đối chứng (2) 57

CGTase : Cyclodextrin glycosyltransferases Cyclodextrin : CD

DE : Dextrose equivelant DP : Degree of polymerisation DS : Degree of substitution EGI : Extended glycemic index FG : Glucose tự do

G120 : Glucose giải phóng sau 120 phút G20 : Glucose giải phóng sau 20 phút GI : Glycemic index

GU : Glucose unit MAase : Maltogenic amylase OSA : 2-octenylsuccinic anhydride POCl3 :phosphorus oxychloride RDS : Rapidly digestible starch RS : Resistant starch

SDS: Slowly digestible starch STMP : Sodium trimetaphosphat STPP : Sodium tripolyphosphat TG : Glucose tổng

Chương 1: TỔNG QUAN TÀI LIỆU 1.1 Carbohydrate

1.1.1 Tinh bột

Tinh bột là nguồn cung cấp carbohydrate chủ yếu và được dữ trữ với số lượng lớn trong thực vật Tinh bột là một polymer được tạo thành từ các đơn phân là glucose thông qua liên kết α-D(1-4) và α-D(1-6) glycosic Hạt tinh bột được chia thành 2 vùng: vô định hình và kết tinh Vùng vô định hình chiếm khoảng 70% khối lượng hạt tinh bột, gồm phân tử amylase và mạch nhánh phân tử amylopectin Vùng tinh thể chiếm khoảng 30% khối lượng hạt tinh bột, gồm chủ yếu là các đoạn mạch thẳng của phân tử amylopectin [3,4]

Hình1.1: Cấu trúc hạt tinh bột

Phân tử amylose có dạng mạch thẳng được tạo thành bởi các đơn phân glucose liên kết với nhau bằng liên kết α-D(1-4) Hàm lượng amylose chiếm khoảng 20 – 30% khối lượng tinh bột tùy theo loài, amylose có mức độ polymer hóa (DP) từ 500 – 600, khối lượng phân tử trong khoảng 107

– 109 g/mol Mạch phân tử amylose dài có thể hình thành cấu trúc xoắn helix dạng đơn hoặc đôi Nhiều phân tử như iodine, lipid, các acid béo và các hydroxycarboxylic có khả năng tạo thành phức dạng mắt lưới với amylose Amylose không dễ tan trong nước va hình thành dạng gel cứng [6]

Amylopectin là một glucan phân nhánh, trong phân tử amylopectin ngoài liên kết α-D(1-4) còn có liên kết α-D(1-6) với tỷ lệ 4 – 5% Amylopectin là một trong số các phân tử lớn nhất có trong tự nhiên với mức độ polymer hóa (DP) trung bình là 2.106 và khối lượng phân tử lớn gấp vài lần so với phân tử amylose Amylopectin dễ hòa tan trong nước và không tạo gel Hầu hết phân tử amylopectin có 3 loại mạch khác nhau về chiều dài Mạch nhánh ngoài cùng được gọi là chuỗi A, chuỗi A được gắn lên chuỗi B, chuỗi B được gắn lên chuỗi B khác hoặc được gắn lên chuỗi C Mỗi phân tử amylopectin chỉ có 1 chuỗi C duy nhất [6]

1.1.2 Sự hồ hóa:

Sự hồ hóa là một quá trình phá vỡ cấu trúc hạt tinh bột, chuyển tinh bột từ trạng thái ban đầu thành dung dịch keo dưới tác dụng của nước và nhiệt.Nhiệt độ hồ hóa phụ thuộc vào kích thước và nguồn gốc của hạt tinh bột , thành phần amylose và amylopectin, tỷ lệ tinh bột – nước, pH, các muối vô cơ, các chất không điện ly.Trong quá trình hồ hóa độ nhớt của dung dịch tăng dần tới một điểm cực đại rồi giảm xuống [2]

1.1.3 Sự tạo gel và thái hóa:

Hồ tinh bột khi để nguội các phân tử tinh bột sẽ tương tác với nhau và sắp xếp lại để tạo thành gel Gel tinh bột chỉ chứa liên kết hydro tham gia nối trực tiếp các mạch tinh bột hoặc gián tiếp thông qua các cầu phân tử nước Tinh bột cũng có khả năng đồng tạo gel với protein [2,4]

Sự thái hóa gel tinh bột là hiện tượng gel bị tách nước Tốc độ thoái hóa sẽ tăng khi giảm nhiệt độ và đạt cực đại tại pH 7 Tăng hoặc giảm pH cũng đều giảm tốc độ thái hóa Amylose là thành phần chủ yếu của tinh bột gây ra sự thái hóa và sự thái hóa do amylose gây ra là không khắc phục được Trong khi đó gel chứa nhiều amylopectin thái hóa thì có thể quay lại trạng thái ban đầu được khi đun nóng [2]

1.2 Gạo và bột gạo: 1.2.1 Nguồn gốc lúa gạo:

Lúa gạo (Oryza sativa L.) thuộc họ Porceae Gramineae được trồng ở hầu hết

các châu lục và được con người sử dụng từ hơn 5000 năm trước Gạo là nguồn cung cấp 20% nhu cầu năng lượng cho toàn thế giới Ở các nước châu Á gạo cung cấp tới 80% nhu cầu năng lượng và 20% nhu cầu protein Trung Quốc và Ấn Độ được xem là nơi bắt nguồn của lúa gạo, do vậy có 3 giống lúa thủy tổ được bắt nguồn từ những địa danh trên là : japonica và indica [3,7]

Gạo được sử dụng là một loại lương thực chủ yếu trong bữa ăn hàng ngày dưới dạng hạt đã được xay xát, ngoài ra gạo cũng được nghiền thành bột hoặc tách tạp chất để được tinh bột gạo để dùng trong các nghành công nghệ dược phẩm, thực phẩm và chăn nuôi [3] Tinh bột gạo và bột gạo có rất nhiều ứng dụng bởi vì những đặc tính có lợi của nó như: dễ tiêu hóa, không chứa thành phần gây dị ứng, không chứa gluten, hương vị nhạt và ở dạng tự nhiên tinh bột gạo chứa nhiều đặc tính tạo cấu trúc khác nhau [3,7]

1.2.2 Thành phần và cấu trúc của tinh bột gạo:

Hạt lúa sau khi qua quá trình xay xát để bóc tách các lớp vỏ tạo thành hạt gạo có thể chứa tới 90% tinh bột Hàm lượng protein nằm trong khoảng 4.5 – 15.9% và chủ yếu là các protein tan trong kiềm Hàm lượng lipid chiếm lượng rất thấp [3]

Tùy theo quy trình sản xuất khác nhau mà các thành phần trong bột gạo có thể thay đổi ít nhiều Nhìn chung hàm lượng tinh bột vào khoảng 73 – 85% và protein chiếm khoảng 0.07 – 0.42% khi sản xuất tinh bột gạo bằng phương pháp kiềm.Tinh bột gạo được làm từ phương pháp enzym có hàm lượng tinh bột khoảng 95%, protein 0.52% Các thành phần chiếm hàm lượng thấp như: lipit( 0.3 – 0.4%), phosphorus (0.061%) [3]

Hạt tinh bột gạo có kích thước vào khoảng 3 - 8µm, có dạng hình đa giác và có bề mặt láng mượt Hạt tinh bột gạo có cấu trúc tinh thể loại A, trừ các loại gạo biến đổi

gen có thành phần amylose cao có cấu trúc tinh thể loại B Hàm lượng tinh thể trong hạt tinh bột gạo chiếm khoảng 29.2 – 39.3% và hàm lượng này không có mối liên hệ với tỷ lệ amylose/amylopectin [3].Trong gạo nếp hàm lượng amylose vào khoảng 0.8 – 1.3% Gạo thường hàm lượng amylose có thể dao động trong khoảng 7 – 33%.Tinh bột gạo nếp thể hiện màu đỏ hoặc nâu với thuốc thử iod, tinh bột gạo thường lại cho màu tím xanh đến xanh Dựa theo hàm lượng amylose mà gạo được chia thành các loại khác nhau: gạo nếp (1-2%), gạo hàm lượng amylose thấp (7-20%), gạo hàm lượng amylose trung bình (20 -25%) và gạo hàm lượng amylose cao (>25%).Thành phần amylose có ảnh hưởng lớn đến các đặc tính của tinh bột gạo vì thành phần này tạo nên độ cứng, độ trắng, độ đục, độ nở và khẳ năng hấp thụ nước trong quá trình nấu chín Các loại gạo có hàm lượng amylose thấp sau khi nấu chín thường mềm và dính trong khi đó các loại gạo có hàm lượng amylose cao thì có cấu trúc cứng hơn và nở hơn [3,7,11] Theo kết quả nghiên cứu của Juliano (1998) cho thấy 40 – 67% amylose trong tinh bột gạo là mạch thẳng và 33 – 60% là có phân nhánh Amylose của gạo có mức độ polymer hóa (DP) vào khoảng 987 – 1225 đơn vị glucose (GU) và chiều dài mạch vào khoảng 276 – 430 GU [3]

Thành phần amylopectin trong gạo có mức độ phân nhánh cao, khối lượng phân tử của amylopectin trong gạo nếp vào khoảng 5.7x109 còn trong gạo tẻ thì khoảng 2.7x109 Chỉ số DP của amylopectin khoảng 2700 đến 12000 GU và số lượng mạch nhánh trung bình là 128 – 586[3]

1.2.3 Khả năng trương nở, hòa tan và hồ hóa:

Khả năng trương nở và hòa tan của hạt tinh bột gạo phụ thuộc rất nhiều vào sự tương tác giữa mạch tinh bột trong vùng tinh thể và vùng vô định hình Mức độ tương tác giữa các mạch tinh bột chịu tác động cảu các yếu tố như: hàm lượng amylose, cấu trúc phân tử của amylose và amylopectin, cấu trúc hạt và các yếu tố khác (như sự tạo phức với lipid ) Theo Tester và Morrison (1990) thi khả năng trương nở của hạt tinh bột ngũ cốc phụ thuộc chủ yếu vào cấu trúc của amylopectin Mạch amylopectin ngắn (DP 6 – 9) có khả năng trương nở tốt ở nhiệt độ 55 – 650C,

ngược lại mạch dài (DP 12 – 22) thì khả năng trương nở kém hơn Các kết quả nghiên cứu cho thấy thường thì tinh bột gạo có hàm lượng amylose cao thì khả năng trương nở tốt hơn Tuy nhiên khả năng trương nở và khả năng hòa tan của tinh bột không có mối liên hệ tuyến tính

Nhiệt độ hồ hóa tinh bột gạo chịu ảnh hưởng lớn bởi hàm lượng amylopectin và chỉ số DP của phân tử này Ngoài ra nhiệt độ hồ hóa còn phụ thuộc vào các yếu tố môi trường và phương thức sản xuất Nhiệt độ hồ hóa của các loại gạo đóng vai trò quan trọng vì nó ảnh hưởng trực tiếp đến thời gian nấu chín, lượng nhiệt cần sử dụng và thiết bị sử dụng Sự phân loại tinh bột dựa vào nhiệt độ hồ hóa như sau: nhiệt độ hồ hóa thấp (64 - 670C), nhiệt độ hồ hóa trung bình (68 - 710C) và nhiệt độ hồ hóa cao (75 – 790C) [3,7]

1.3 Tinh bột gạo biến tính:

Tinh bột gạo mặc dù được tiêu thụ với số lượng lớn tuy nhiên các đặc tính tự nhiên của nó vẫn còn có nhiều hạn chế Một số các đặc tính bất lợi của tinh bột gạo như: kém ổn định trước điều kiện nhiệt độ thay đổi, không bền dưới tác dụng của cắt, thay đổi tính chất khi pH thay đổi [3] Chính vì vậy biến tính tinh bột gạo là giải pháp nhằm làm giảm các đặc tính bất lợi của tinh bột gạo tự nhiên và làm tăng các đặc tính có lợi để phù hợp với yêu cầu sản xuất và chất lượng của sản phẩm

Nhóm các phương pháp biến tính tinh bột gạo [27]: - Phương pháp hóa học

- Phương pháp vật lý - Phương pháp enzyme - Phương pháp biến đổi gen

1.3.1 Tinh bột gạo biến tính bằng phương pháp hóa học:

Tinh gạo bột biến tính bằng phương pháp hóa học được tạo thành bằng cách xử lý tinh bột với các tác nhân hóa học để làm xuất hiện các nhóm chức có chức năng đặc biệt Mục đích là để thay đổi các đặc tính nấu chín của bột gạo, giảm hiện tượng thoái hóa tinh bột, giảm xu hướng gel hóa, tăng khả năng ổn định khi lạnh đông –

tan giá, tăng khả năng tạo màng, tăng độ kết dính và tăng khả năng nhũ hóa [38] Các cơ chế chính để hình thành tinh bột biến tính gồm có: sự tạo thành ether hoặc ester, sự oxy hóa nhóm hydroxyl thành carbonyl hoặc carboxylic và thủy phân liên kết glycosidic [27]

Hình 1.2: Tinh bột biến tính bằng phương pháp hóa học

1.3.1.1 Tinh bột liên kết ngang:

Tinh bột liên kết ngang được tạo thành khi cho tinh bột tự nhiên phản ứng với các tác nhân đa chức năng, các tác nhân này sẽ tác động lên 2 hay nhiều nhóm hydroxyl trên cùng một phân tử hay trên các phân tử tinh bột khác nhau Liên kết cộng hóa trị được hình thành giữa các phân tử sẽ làm cho cấu trúc của hạt tinh bột được gia cố vững chắc Các nhân tố quan trọng trong việc tạo các liên kết nang gồm: thành phần hóa chất, nồng độ hóa chất sử dụng, thời gian và nhiệt độ phản ứng [27]

Để tạo các liên kết ngang tinh bột gạo có thể được xử lý với sodium tripolyphosphat (STPP), sodium trimetaphosphat (STMP), phosphorus oxychloride (POCl3) và epichrhydrin Liên kết nang giúp tăng khả năng ổn định của hồ tinh bột gạo trước tác dụng của lực cắt, giảm khả năng trương nở và hòa tan của hạt tinh bột, làm tăng nhiệt độ hồ hóa của tinh bột nếp nhưng lại giảm nhiệt độ hồ hóa của tinh bột gạo tẻ, đồng thời làm giảm khả năng thái hóa ở bột gạo tẻ và tăng hiện tượng này ở bột gạo nếp [3]

Hình 1.3: Cấu trúc của hạt tinh bột liên kết ngang

1.3.1.2 Tinh bột ester:

Tinh bột gạo acetate là loại tinh bột được ester hóa bởi acetic anhydric hoặc pyridine.Nếu được xử lý bằng acetic anhydric thì sẽ tạo ra tinh bột gạo biến tính có lượng nhóm thế thấp (DS thấp) Nếu xử lý bằng pyridine sẽ tạo ra tinh bột biến tính có hàm lượng DS cao Jae và các công sự (1993) đã khẳng định rằng tinh bột gạo được acetyl hóa thì sẽ tăng các đặc tính hòa tan, trương nở, tăng độ nhớt và tạo màng, tăng tính năng kết dính và cố kết của gel tinh bột, ngoài ra còn giảm nhiệt độ hồ hóa [3]

Tinh bột phosphate được tạo thành thông qua phản ứng ester hóa nhóm hydroxyl của phân tử tinh bột với tác nhân phosphphoryl hóa như STPP, STMP, POCl3 Ngoài ra còn có thể tạo tinh bột biến tính bằng cách ép đùn tinh bột gạo với các

muối phosphate Loại tinh bột này có khả năng tạo hồ tinh bột trong, độ nhớt cao và bền, giảm khả năng thoái hóa khi cấp đông – tan giá Bên cạnh đó, Sitohy (2000) phát hiện ra rằng tinh bột phosphate có chỉ số DS thấp có khả năng tan trong nước tốt hơn, lực trương nở cao hơn

Hình 1.4: Tác động của các nhóm thế trên phân tử tinh bột biến tính

1.3.1.3 Tinh bột octenylsuccinate:

Tinh bột gạo có thể được biến tính bằng cách sử dụng tác nhân 2-octenylsuccinic anhydride (OSA) Tinh bột biến tính này có khả năng tạo dung dịch có độ nhớt cao hơn tinh bột gạo tự nhiên, mức độ trương nở của hạt tinh bột tăng, giảm nhiệt độ hồ hóa[7]

1.3.1.4 Tinh bột ether:

Tinh bột hydroxypropylate với chỉ số DS thấp được tạo thành bằng cách ether hóa tinh bột bằng propylene oxide trong dung dịch kiềm Loại tinh bột này có nhiệt độ hồ hóa thấp hơn tinh bột tự nhiên, khả năng chịu lực cắt tốt hơn, khả năng thoái hóa giảm [5]

1.3.1.5 Biến tính tinh bột bằng acid:

Acid có tác dụng thủy phân tinh bột bằng cách cắt các liên kết α-1,4 và α-1,6 glycosidic của phân tử tinh bột trong vùng vô định hình, cả 2 loại phân tử amylose và amylopectin được cắt cùng lúc Tác dụng của acid làm giảm hàm lượng phân tử

có cấu trúc mạch dài và tăng hàm lượng phân tử có cấu trúc mạch ngắn Tinh bột gạo được biến tính bằng acid có khả năng tạo dung dịch hồ tinh bột có nồng độ chất khô cao, khả năng tạo gel nhanh và cấu trúc gel mềm dẻo.Các loại acid thường được sử dụng để biến tính

1.3.2 Biến tính tinh bột gạo bằng phương pháp vật lý:

Tinh bột được biến tính bằng phương pháp vật lý bở các tác nhân nhiệt và lực cơ học Các đặctính của sản phẩm thu được phụ thuộc vào nhiệt độ xử lý, thời gian gia

nhiệt, hàm ẩm, nguồn gốc tinh bột

1.3.2.1 Tinh bột ép đùn:

Phương pháp xử lý tinh bột bằng ép đùn là một phương pháp rẻ tiền, có thể tiến hành sản xuất liên tục nên được ứng dụng phổ biến để tạo tinh bột biến tính từ nguyên liệu hạt ngũ cốc Cấu trúc hạt tinh bột bị phá vỡ ở nhiệt độ, áp suất và lực cắt cao trong máy ép đùn và khối nguyên liệu sau khi ra khỏi máy ép đùn sẽ trương nở thể tích do sự chênh lệch áp suất và sự bốc hơi của nước Các đặc tính của tinh bột ép đùn phụ thuộc vào nhiệt độ, áp suất, bước xoắn cấu trúc hình học của máy ép đùn, tốc độ nhập liệu và độ ẩm của tinh bột

1.3.2.2 Tinh bột xử lý nhiệt ẩm:

Một phương pháp ít phổ biến nhưng đáng được quan tâm trong việc sản xuất tinh bột biến tính đó là phương pháp xử lý nhiệt Có 2 quy trình xử lý nhiệt: xử lý nhiệt ẩm và ủ Cả 2 phương pháp này đều làm biến tính tinh bột mà không hồ hóa, làm tổn hại cấu trúc hạt hoặc giảm khúc xạ Phương pháp xử lý nhiệt ẩm được thực hiện bằng cách gia nhiệt cho bột lên trên nhiệt độ hồ hóa trong điều kiện thiếu nước.Sản phẩm tạo thành có tính ổn định và độ nhớt không đổi trong môi trường có pH thấp hơn 4.5.Phương pháp ủ được thực hiện bằng cách gia nhiệt huyền phù tinh bột ở nhiệt độ dưới nhiệt độ hồ hóa trong một thời gian dài Hạt tinh bột sau khi ủ có khả năng tạo dung dịch có độ nhớt cao [3,5,7, 30]

1.3.2.3 Tinh bột xử lý bằng sóng siêu âm:

Sóng siêu âm hiện có nhiều ứng dụng trong công nghiệp thực phẩm.Chung và các cộng sự (2000) đã nghiên cứu tác động của sóng siêu âm lên các đặc tính chức năng của tinh bột gạo Họ đã phát hiện ra rằng độ nhớt của hồ tinh bột gạo giảm và độ trong tăng khi xử lý bằng sóng siêu âm Tác giả cho rằng các đặc tính thu được là do sự phá vỡ các hạt tinh bột đã trương nở hơn là bẻ gãy các liên kết trong phân tử tinh bột [29, 31]

1.3.2.4 Tinh bột xử lý tia gama:

Tia gamma được ứng dụng để bảo quản thực phẩm trong thời gian lưu trữ nhằm hạn chế các tác động của côn trùng và vi sinh vật Theo nghiên cứu của Bao và các cộng sự (2001, 2002) thì với bột gạo tác dụng của tia gamma còn có tác động làm giảm độ nhớt của hồ tinh bột, giảm nhẹ hàm lượng amylose và nhiệt độ hồ hóa [3]

1.3.3 Phương pháp biến tính tinh bột bằng enzyme:

Tinh bột hồ hóa tạo điều kiện thuận lợi cho sự tiếp xúc và hoạt động của enzyme nên trong hầu hết các trường hợp biến tính tinh bột bằng enzyme nguyên liệu tinh bột phải được hồ hóa trước.Có nhiều hướng biến tính tinh bột gạo khác nhau được ứng dụng.Có thể sử dụng cyclomaltodextrinase (EC 3.2.1.54) để biến tính tinh bột gạo tạo ra sản phẩm có hàm lượng amylose thấp đồng thời có dụng của enzyme cũng làm thay giảm chiều dài mạch phân tử amylopectin Người ta còn sử lý bột gạo với các loại enzyme như β-amylase, maltogenic amylase, transglucosidase bằng cách sử dung đơn lẻ hoặc kết hợp để tạo ra loại tinh bột gạo biến tính có độ phân nhánh cao, cấu trúc tinh thể tăng để làm chậm khả năng tiêu hóa [31]

1.3.4 Phương pháp biến đổi gen:

Bằng cách sử dụng kỹ thuật di truyền mà con người đã tạo ra nhiều giống lúa biến đổi gen cho ra các sản phẩm với đặc tính khác nhau và khác hẳn giống lúa tự nhiên Terada (2000) đã thay đổi chuỗi DNA của cây lúa với nhiều mức độ khác

nhau để tạo ra các giống lúa mới có hàm lượng amylose khác nhau, 2 trong số dòng lúa đó không tạo ra gạo có chứa amylose Lặp lại 2 lần đoạn gen mã hóa sự tổng hợp tinh bột kết quả là tạo ra được loại tinh bột gạo có thành phần amylopectin chứa chuỗi DP 6, DP 7 cao hơn và giảm lượng chuỗi có DP từ 8 – 12 [3,27]

1.4 Tinh bột chậm tiêu hóa:

Theo cách phân loại về mục đích dinh dưỡng tinh bột được chia thành 3 loại: tinh bột dễ tiêu hóa ( rapidly digestible starch – RDS), tinh bột chậm tiêu hóa (slowly digestible starch – SDS) và tinh bột không tiêu hóa ( resistant starch – RS) RDS được tiêu hóa nhanh chóng trong vòng 20 phút , được hấp thu ở ruột non và làm tăng nhanh nồng độ đường trong máu sau khi ăn, nhưng sau đó thì hàm lượng đường trong máu lại hạ thấp xuống Sự dao động lớn nồng độ glucose trong máu sẽ gây ảnh hưởng không tốt lên hệ thống điều chỉnh sự cân bằng glucose do đó có thể dẫn đến sự tổn hại tế bào, mô và các cơ quan Trong khi đó RS sẽ không bị thủy phân bởi hệ enzyme của người mà nó đóng vai trò như một prebiotic, nó được lên men bởi hệ vi sinh vật trong ruột già và sản sinh ra các acid béo mạch ngắn (SCFA) góp phần bổ sung thêm nguồn năng lượng cho cơ thể và các thành phần có lợi cho đường ruột SDS bị thủy phân hoàn toàn trong vòng 20 – 120 phút, tốc độ giải phóng glucose của loại này chậm nên làm cho đường huyết trong máu không tăng cao sau khi ăn và giảm quá thấp sau bữa ăn [3, 29, 30, 33]

Hiện nay, SDS đang rất được quan tâm nghiên cứu và ứng dụng cho những sản phẩm có chỉ số đường huyết thấp (GI) với thời gian giải phóng glucose kéo dài rất thích hợp cho những người bị bênh tiểu đường, bên cạnh đó khả năng tiêu hóa chậm còn giúp kiểm soát lượng thực phẩm đưa vào cơ thể Các loại thực phẩm có chứa SDS tự nhiên thường rất ít Người ta đã tìm ra cách để tăng cường hàm lượng SDS bằng phương pháp xử lý nhiệt ẩm, phương pháp tái kết tinh và phương pháp xử lý enzyme SDS được hình thành bằng 2 phương pháp đầu thường bị mất đi trong thời gian nấu nướng.Chỉ có tinh bột được biến tính bằng enzyme hầu hết đều có đặc tính phân giải glucose chậm và vẫn bền vững qua quy trình chế biến và sản xuất Cơ sở

của việc tạo ra loại nguyên liệu tinh bột chậm tiêu hóa bằng enzyme là tăng số lượng mạch nhánh, giảm chiều dài mạch, tăng cấu trúc tinh thể trong phân tử tinh bột qua đó làm chậm tốc độ thủy phân [30,34]

1.4.1 Cấu trúc cơ bản và cơ chế của SDS:

Việc hiểu rõ về cấu trúc cơ bản và cơ chế của SDS là rất cần thiết để phát triển các sản phẩm SDS Theo tài liệu hiện nay thì có 2 cơ chế của SDS dựa trên quan điểm tinh bột:

- Có cấu trúc vật lý làm giảm khả năng tiếp cận của enzyme - Có cấu trúc hóa học làm hạn chế tốc độ thủy phân bởi enzyme Ngoài ra, SDS còn có các đặc tính khác như: tăng khả năng làm đầy bụng, tăng độ nhớt trong đường ruột, dùng như một chất ức chế enzyme và tương tác với các thành phần khác trong thực phẩm để làm chậm khả năng tiêu hóa và tốc độ hấp thu

1.4.1.1 Cấu trúc vật lý của SDS:

Các cấu trúc vật lý đem lại những đặc tính chậm tiêu hóa cho tinh bột thường được tìm thấy trong các thực phẩm đã được chế biến, trong đó thành phần tinh bột được bảo vệ bởi các thành phần khác như protein, lipid.Hạt tinh bột cũng là một ví dụ điển hình cho nguyên liệu SDS Hạt tinh bột là loại duy nhất có cấu trúc siêu phân tử dạng bán tinh thể với nhiều lớp ( vùng vô định hình và vùng kết tinh) đồng tâm Amylopectin là thành phần chính tạo nên vùng bán tinh thể, qua nhiễu xạ tia X cho thấy vùng này được chia thành 3 loại A, B và C được đặt tên dựa trên sự sắp xếp ngẫu nhiên và chiều dài mạch trong phân tử Bản chất chính của các yếu tố tác động lên khả năng tiêu hóa của tinh bột đó là :cấu trúc siêu phân tử (sự đóng gói tinh thể bên trong hạt tinh bột), tỷ lệ amylose/amylopectin, cấu trúc của amylopectin và các đặc tính bề mặt của hạt tinh bột Tinh bột dạng B có khả năng chống lại sự tiêu hóa bằng enzyme, còn tinh bột dạn A thì chậm tiêu hóa Hầu hết tinh bột của hạt ngũ cốc chưa qua chế biến có thành phần SDS cao theo như kết quả thử nghiệm in vitro bằng phương pháp Englyst, thử nghiệm in vivo trên người cũng chứng minh

được rằng tinh bột của hạt bắp (loại A) cũng chậm tiêu hóa và có thời gian giải phóng glucose kéo dài Việc hiểu rõ cơ chế tiêu hóa chậm của tinh bột ngũ cốc chưa qua chế biến cung cấp nền tảng học thuyết cơ bản để tạo ra các SDS thông qua các tính chất vật lý của cấu trúc[33,34,35]

Ngũ cốc có loại tinh bột dạng A trong đó vùng tinh thể và vùng vô định hình được sắp xếp đồng tâm và giữa các vùng có kênh nối, các dãy kênh tập hợp lại tạo nên đường dẫn từ tâm hạt ra mặt ngoài Khi hạt tinh bột được ủ với amylolytic enzyme thì enzyme sẽ di chuyển từ bên ngoài vào bên trong hạt thông qua các kênh dẫn và bắt đầu thủy phân từ trong ra ngoài hạt tinh bột Mặc dù vùng vô định hình được cho rằng dễ bị thủy phân hơn vùng tinh thể bởi vì cấu trúc vùng này không chặt nhưng kết quả báo cáo lại cho vùng vô định hình và vùng tinh thể được thủy phân đồng thời Việc thủy phân bởi enzyme được bắt đầu từ các kênh dẫn Hạt tinh bột có cấu trúc loại B cũng có các vùng kết tinh và vùng vô định hình sắp xếp đồng tâm nhưng lại thiếu các kênh dẫn nên có không bị thủy phân[36,37]

Hạt tinh bột sống có dạng A có khả năng chậm tiêu hóa đạt tới hơn 50% khi đánh giá bằng phương pháp Englyst, tuy nhiên theo quan điểm động học của quá trình tiêu hóa thì hạt tinh bột loại này gần như là một SDS tinh khiết Đó là vì SDS có thể bị thủy phân sâu hơn sau 120 phút nếu thời gian thủy phân được kéo dài lâu hơn Do đó, cấu trúc siêu phân tử gồm các lớp chồng lên nhau là cấu trúc cơ bản cho đặc tính chậm tiêu hóa của hạt ngũ cốc, ta có thể bắt chước cấu trúc này để tạo ra các sản phẩm thực phẩm chậm tiêu hóa[40]

SDS còn có thể được tìm thấy trong các dạng thực phẩm có cấu trúc mạng protein, mạng sẽ hạn chế khả năng tiếp xúc của enzyme với tinh bột Tương tự vậy, nếu tinh bột được đóng gói trong các vi bao thì nó sẽ thể hiện đặc tính chậm tiêu hóa[33,34]

1.4.1.2 Cấu trúc phân tử của SDS:

Hạt tinh bột tự nhiên sau quá trình hồ hóa sẽ bị giảm hoặc mất hoạt tính chậm tiêu hóa Phụ thuộc vào lượng nước sử dụng mà tinh bột có thể phân tán hoàn

toàn trong nước tạo nên dạng paste đặc hoặc có dạng hạt trương nở Ở dạng dung dịch hay dạng paste cấu trúc hạt tinh bột gần như bị phá vỡ vì thế cấu trúc phân tử của tinh bột là yếu tố quyết định cho chức năng dinh dưỡng và các chức năng khác trong thực phẩm Các đặc tính của tinh bột lúc này phụ thuộc chủ yếu vào tỷ lệ amylose/ amylopectin , cấu trúc của amylopectin cụ thể là sự phân nhánh và chiều dài mạch nhánh[36]

Tinh bột thái hóa cũng có khả năng ngăn cản sự tác động của enzyme thủy phân do có sự tái liên kết giữa các phân tử tạo cấu trúc xoắn kép và hình thành cấu trúc tinh thể Khi tỷ lệ amylose/amylopectin loại tinh bột này càng cao thì đặc tính ngăn cản hoạt động của enzyme càng mạnh Có thể tạo nên SDS bằng con đường thoái hóa tinh bột ở nhiệt độ thấp, có thể dùng thêm tác nhân enzyme để cắt các mạch nhánh của amylopectin [32]

Amylopectin là thành phần chủ yếu của SDS, để tạo được phân tử amylopectin có cấu trúc tối ưu cho SDS ta có thể thực hiện biến tính cấu trúc tinh bột bằng tác nhân hóa học, vật lý, enzyme và biến đổi gen[33]

Các loại carbohydrate chậm tiêu hóa khác bao gồm: isomaltulose, trehalose và sucromalt Isomaltulose và trehalose được tạo thành từ sucrose dưới tác dụng của enzyme isomaltulose synthase Sucromalt được tạo thành dưới tác dụng của enzyme alternansucrase sử dụng cơ chất là sucrose Những carbohydrate trên có liên kết glycosic khác so với tinh bột và tốc độ tiêu hóa cũng như hấp thu chúng chậm hơn Do đó chúng được sử dụng để bổ sung vào các loại thực phẩm khác nhau để làm giảm sự tăng đường huyết đột ngột và cung cấp năng lượng thấp Tuy nhiên, các tác động sinh lý của chúng lên cơ thể lại không giống như SDS bởi vì các SDS được cấu tạo từ đơn vị glucose trong khi các chất trên ngoài đơn vị glucose còn có đơn vị fructose Đặc tính đặc biệt của fructose là nó không bị kiểm soát bởi hệ thống điều chỉnh sự cân bằng glucose và nếu cơ thể dung nạp một lượng fructose lớn sẽ dẫn tới sự mất cân bằng năng lượng và làm rối loạn sự chuyển hóa lipid/carbohydrate làm gia tăng sự tổng hợp lipid gây bệnh máu nhiễm mỡ và béo

phì Ngoài ra các nghiên cứu còn cho thấy fructose là nguyên nhân gây nên sự kháng insulin, tăng huyết áp và kháng hormone leptin do đó sẽ làm giảm cảm giác ngon miệng dẫn đến hội chứng tăng cân và nhiễm khuẩn Vì vậy, cần phải chú ý đến hàm lượng fructose trong thực phẩm cho dù thực phẩm đó được tiêu hóa nhanh hay chậm [35,36,38]

1.4.2 Chức năng sinh lý của SDS:

Chức năng dinh dưỡng của tinh bột có thể được thể hiện qua mối quan hệ về hàm lượng RDS, SDS và RS Các đặc tính có lợi cho sức khỏe của SDS được suy ra từ chỉ số GI thấp, không làm thay đổi đột ngột nồng độ đường trong máu và thời gian thủy phân kéo dài qua đó sẽ kiểm soát được đường huyết máu, giảm sự tổng hợp lipid và giảm tình trạng stress do chất oxi hóa [38]

Một nghiên cứu của Seal.2003 sử dụng tinh bột bắp cho thấy khả năng giải phóng glucose chậm và thời gian thủy phân kéo dài (5 giờ) có mối liên hệ với nồng độ insulin đáp ứng thấp trong suốt thời gian tiêu hóa Ngược lại khi tiêu thụ thực phẩm RDS nồng độ glucose trong máu sẽ tăng nhanh chóng và sau đó lại hạ nhanh Việc sử dụng SDS cũng giúp kéo dài thời gian oxi hóa glucose ngoại sinh và giảm nồng độ acid béo tự do sinh ra Có vẻ như là, bệnh nhân tiểu đường có thể sử dụng SDS để kiểm soát đường huyết và làm chậm sự xuất hiện của các biến chứng Trong một nghiên cứu khác về tác động của SDS lên sự tiết hormone glucagon – like peptide-1 (GLP-1) trong giai đoạn sau của quá trình ăn uống (180 – 300 phút), SDS cho thấy nó có thể làm giảm sự trống rỗng của dạ dày và nâng cao khả năng đáp ứng glucose của người bị bênh tiểu đường qua đó cho thấy khả năng kiểm soát cân bằng và điều chỉnh năng lượng[38,40]

Glucose là nguồn năng lượng chuyển hóa quan trọng của cơ thể, nó là nguồn năng lượng duy nhất của tế bào hồng cầu và là nguồn cung cấp năng lượng chủ yếu của trung ương thần kinh Glucose cũng là phân tử mang tín hiệu trong chuyển hóa năng lượng gián tiếp tác động đến sự tiết insulin, khuyến khích sự tận dụng glucose và ngăn cản sự sản sinh glucose nội sinh Vì vậy, nồng độ glucose trong máu được

điều chỉnh hết sức chặt chẽ để duy trì chức năng sinh lý bình thường Nồng độ glucose máu tăng cao bất thường do tiêu thụ một lượng lớn RDS trong thời gian dài có thể gây tồn hại tế bào, mô và cơ quan thông qua một số cơ chế như: gia tăng sự mất mát glucose thông qua chu trình polyol, gia tăng sự hình thành advanced glycation end product (AGEs), sự hoạt hóa các dạng đồng phân của protein kinase C và tăng cường sự tích lũy năng lượng Ngoài ra, sự tăng nồng độ glucose trong tế bào còn có thể dẫn tới sự hình thành chất phóng xạ trong ti thể có thể gây tổn hại màng tế bào và DNA.Stress do chất oxi hóa trong tế bào β ở tuyến tụy có thể dẫn đến sự hoạt hóa uncoupling protein 2 (UCP2), sự thiếu proton và sau đó là giảm nồng độ ATP/ADP đó là những đặc tính kháng insulin và sau đó là hoạt động bất thường của tế bào β trong hoạt động tổng hợp insulin Việc thay RDS bằng SDS sẽ làm giảm sự oxi hóa và giảm các triệu chứng do chúng gây ra[35,36,39]

Để làm giảm các nguy cơ gây nên các hội chứng rối loạn chuyển hóa ta có thể tăng cường sử dụng SDS Các hội chứng rối loạn chuyển hóa bao gồm: béo phì, rối loạn dung nạp glucose, cao huyết áp và rối loạn chuyển hóa lipid, hầu hết các hội chứng trên liên qua đến việc rối loạn chuyển hóa năng lượng Các hội chứng rối loạn chuyển hóa thường có liên quan mật thiết tới sự tăng mô mỡ dẫn đến các tuyến nội tiết giải phóng các acid béo tự do, angiotensin II và adipokines dẫn đến bệnh tăng huyết áp, kháng insulin và sự viêm nhiễm

1.4.3 Giới thiệu sơ lược về một số phương pháp đánh giá thành phần SDS trong mẫu thực phẩm:

Để đánh giá thành phần SDS trong thực phẩm cần phải thực hiện 2 phương pháp in vitro và in vivo

1.4.3.1 Các thử nghiệm in vitro: Phương pháp của Englyst

Phương pháp Englyst đo giá trị dinh dưỡng của tinh bột thích hợp cho nhiều mẫu thực phẩm khác nhau từ loại có thành phần phức tạp đến loại có tinh bột tinh

khiết và phương pháp này được sử dụng rộng rãi trong ngành công nghệ thực phẩm Quy trình của phương pháp Englyst dựa trên việc đo lượng glucose tự do (FG) và lượng glucose tổng số (TG) để từ đó tính toán ra thành phần chính xác của mỗi loại Lượng glucose giải phóng sau khi tiêu hóa 20 phút (G20) và sau 120 phút (G120), hằng số 0.9 là hằng số chuyển đổi từ glucose sang tinh bột công thức tính toán cho mỗi loại nguyên liệu như sau:

- TS = (TG –FG)*0.9 - RSD = (G20 –FG)*0.9 - SDS = (G120 –G20) *0.9 - RS = TS –RSD –SDS

Cơ sở của việc chọn thời gian thủy phân RDS 20 phút là dựa trên các thí nghiệm thủy phân tinh bột in vitro Trong khi đó thời gian thủy phân kết thúc sau 120 phút là dựa trên các thử nghiệm in vivo Theo nhiều nghiên cứu cho thấy α-amylase là loại enzyme quan trọng nhất để đo tốc độ tiêu hóa tinh bột, các enzyme khác như: amyloglucosidase, invertase được dùng chủ yếu với mục đích chuyển các sản phẩm thủy phân của amylase và đường sucrose thành monomer để chúng không kìm hãm hoạt động của α-amylase và để đo đượng glucose dựa trên phản ứng glucose oxidase-peroxidase[37,38,39,40]

Phương pháp Goni

Phương pháp Goni là một phương pháp invitro đo tốc độ thủy phân của tinh bột dưới tác dụng của enzyme α-amylase tuyến tụy lợn với nồng độ thấp (2.6U/50mg tinh bột, pH 6.9) Sau khi dịch bột được thủy phân bởi α-amylase, ngừng tác động của enzyme này và cho amyloglusidase vào để tiếp tục thủy phân tạo sản phẩm cuối cùng là glucose Phần trăm thủy phân được tính dựa trên tinh bột tổng số; RSD là phần tinh bột được tiêu hóa trong vòng 30 phút; SDS được thủy phân từ 30 – 120 phút Phương pháp Goni trước đây thường được sử dụng để tính chỉ số đường huyết (GI) của thực phẩm dựa trên cơ chế phản ứng đầu tiên của enzyme:

C = C∞ (1 – ekt) Với

C: nồng độ dịch bột thủy phân C∞ : nồng độ cân bằng của dịch bột thủy phân k : hằng số động học

Phương pháp này sử dụng 90 phút đầu để tính chỉ số GI và sau đó thời gian phản ứng 30 phút, 120 phút được sử dụng để tính RDS và SDS, RS chứa trong mẫu được tính bởi quy trình khác

Phương pháp Goni đơn giản hơn so với phương Englyst, tuy nhiên mẫu cần được sử lý trước để loại bỏ lipid và protein, ngoài ra còn phải bổ sung quy trình đo lường lượng RS trong mẫu Mỗi loại thực phẩm khác nhau có phương trình phản ứng khác nhau và cần được tính toán riêng biệt Khi nguyên liệu bột phức tạp được thủy phân thì phương trình trên có thể không còn phù hợp , bởi vì hệ phản ứng trở thành hệ 2 pha rắn-lỏng và sản phẩm sinh ra có thể quay lại ức chế hoạt tính của enzyme [38]

Phương pháp Guraya

Phương pháp Guraya là phương pháp đơn giản nhất để đo RDS, SDS và RS dựa trên việc đo hàm lượng maltose giải phóng dưới tác dụng của enzyme α-amylase tuyến tụy lợn ( 1%w/v, đệm phosphate pH 6.9) Nồng độ maltose được đo bằng phương pháp DNS Phương trình thể hiện % RDS, SDS, RS :

 %RDS = x 100 D : mg maltose được giải phóng ra trong 1 giờ

E : mg maltose tại thời điểm ban đầu F : Lượng tinh bột tổng (mg)

 % SDS =

G : lượng maltose (mg) nhiều nhất được giải phóng

H : mg maltose sau một giờ thủy phân F : lượng tinh bột tổng (mg)

 %RS = G : lượng maltose (mg) nhiều nhất được giải phóng

F : lượng tinh bột tổng (mg)

Tương tự như phương pháp Goni, chỉ có enzyme α-amylase được sử dụng và không được thẩm tra lại bằng thử nghiệm in vivo Tuy nhiên, phương pháp này không được sử dụng để đo khả năng tiêu hóa của một số loại polymer có monomer là glucose có khả năng kháng lại hoạt động của α-amylase ví dụ như pullulan có tính chất của SDS Bên cạnh đó, sử dụng maltose như là một tiêu chuẩn để đại diện cho tinh bột thì không chính xác lắm khi maltose chỉ là một phần nhỏ trong sản phẩm thủy phân bởi enzyme α-amylase[38]

1.4.3.2 Phương pháp in vitro thích hợp để đo hàm lượng SDS:

Mặc dù có nhiều phương pháp khác nhau để đo hàm lượng SDS nhưng không có phương pháp nào chuyên để đo SDS Như ta đã biết phương pháp Englyst được phát triển đặc biệt để đo SDS trong khi các phương pháp khác lại được biến đổi từ việc đo RS Do vậy phương pháp Englyst là thích hợp nhất để đo SDS trong điều kiện kiểm soát nghiêm ngặt và có thử nghiệm in vivo để chứng thực[40, 42] Một điều quan trọng cần phải nói đến ở đây SDS là một chất cung cấp dinh dưỡng do đó tiêu chuẩn cuối cùng để đánh giá số lượng của nó phải dựa trên đáp ứng sinh lý học của cơ thể và theo đó cần phải có một lượng SDS đáng kể để làm chậm sự tăng chỉ số đường huyết trong thử nghiệm in vivo.Trong phương pháp Englyst ở môi trường phản ứng có pH không cao để có thể cắt hoàn toàn SDS trong mẫu Tuy nhiên, tác động của amyglucosidase không chỉ đơn giản là chuyển các sản phẩm sau khi được thủy phân bởi α-amylase thành glucose để đo mà amyglucosidase còn có

tác động lên sự chính xác của kết quả Thật ra đặc tính dinh dưỡng của SDS cho thấy rằng không thể được xác định chính xác hàm lượng của nó bằng thử nghiệm in vitro Sự tiêu carbohydrate ở người rất phức tạp do đó thử nghiệm in vivo cần được phát triển để đánh giá SDS [34, 40]

1.4.3.3 Thử nghiệm in vivo để xác định SDS:

Sự phân chia tinh bột thành RDS, SDS và RS chủ yếu dựa trên mục đích dinh dưỡng của chúng RS có thể được đo lường một cách chính xác dựa vào thử nghiệm in vitro hoặc in vivo Trong khi đó RDS lại có mối liên quan mật thiết với chỉ số GI, chỉ số này được đo bằng thử nghiệm in vivo ngay sau bữa an Tuy nhiên, lại không có thử nghiệm in vivo thể hiện hàm lượng SDS trong thực phẩm sử dụng mặc dù chỉ số GI thấp của thực phẩm thường gắn liền với việc thực phẩm đó giải phóng glucose chậm và thời gian thủy phân kéo dài Nhưng thực phẩm có chỉ số GI thấp không phải lúc nào cũng được tiêu hóa chậm, đặc biệt trong trường hợp RDS được thay thế bằng protein hoặc chất xơ không tan để làm giảm chỉ số đường huyết trong máu sau bữa ăn Ngược lại, các thực phẩm chậm tiêu hóa không phải lúc nào cũng có chỉ số GI thấp khi mà đường cong thể hiện hàm lượng glucose trong máu có giá trị GI cao chỉ là đường cong đó không tăng đột ngột và không có đỉnh nhọn như những thực phẩm có chỉ số GI cao Tuy nhiên, cơ sở để đánh giá điểm có lợi của các thực phẩm có chỉ số GI thấp là sự giải phóng glucose chậm và thời gian thủy phân kéo dài, đặc điểm này là yếu tố đầu tiên để định nghĩa cho SDS [33, 40]

Chỉ số EGI ( extended glycemic index) được dùng để chỉ loại thực phẩm có thời gian giải phóng glucose kéo dài, chỉ số này dùng để đánh giá giá trị dinh dưỡng của SDS và cũng dùng như một công cụ để nghiên cứu chất lượng thực phẩm

EGI được xác định là vùng biểu diễn sự thay đổi giá trị đường huyết trong máu sau đường biểu diễn hàm lượng glucose chuẩn và bên ngoài thời gian khi nồng độ glucose gặp đường chuẩn (phần được tô đậm)

Hìn 1.4: Đường cong lý thuyết thể hiện nhân tố thực phẩm lên nồng độ glucose trong máu Nét đứt thể hiện đường glucose chuẩn (đại diện cho thực phẩm có chỉ số GI cao), nét liền thể hiện các mẫu thực phẩm: (A) mẫu có chỉ số GI thấp; (B) mẫu có chỉ số GI thấp khác; (C) mẫu có chỉ số GI cao với thời gian tiêu hóa kéo dài; (D) quan điểm về mẫu thực phẩm có thời gian tiêu hóa kéo dài Vùng tô đậm là vùng có chỉ số đường huyết kéo dài (EGI) [40]

Xét về chỉ số GI thì SDS được xem là một loại carbohydrate có GI thấp với khả năng giải phóng glucose chậm và kéo dài Tuy nhiên, giá trị GI chỉ có mối tương quan đơn độc với RDS và trong thử nghiệm in vitro bằng phương pháp Englyst chỉ đo phần trăm tinh bột tiêu hóa trong thời gian 20 phút và 120 phút mà không thể hiện động học của quá trình tiêu hóa tinh bột Chỉ số EGI được dùng để hiểu một cách rõ ràng hơn về SDS cùng với tác động sinh lý của nó và có thể dùng giá trị đó để so sánh các nguyên liệu có hàm lượng SDS khác nhau[40]

Chỉ số EGI là công cụ đánh giá SDS và định lượng SDS của thực phẩm trong thử nghiệm in vivo Bên cạnh đó, cần phải có những nghiên cứu sâu hơn về EGI

như: giới hạn trên cho EGI, cơ chế và mối quan hệ giữa EGI và GI, thời gian đo chỉ số EGI, sự đáp ứng về hormone trong thời gian kéo dài và cách để sử dụng EGI nhằm đánh giá chất lượng của thực phẩm

1.5 Maltogenic amylase (MAase): 1.5.1 Tên gọi và nguồn gốc:

Maltogenic amylase (EC.3.2.1.133) còn có các tên gọi khác glucan alpha-maltohydrolase; Maltogenic α-amylase; Glucan 1,4-α-maltohydrolase

như:1,4-alpha-D-Maltogenic amylase được phân lập từ cácvi khuẩn gram dương, sống ở đấtgồm

có các vi khuẩn thuộc loài Bacillus như:B.stearothermophilus,B subtilis B licheniformi,B thermoalkalophiluss [17,19, 20, 23, 24].Bên cạnh đó, MAase còn đượcphát hiện ở các vi khuẩn chịu nhiệt gram âm thuộc chủng Thermus sp như: Thermus sp 314, Thermus sp 4-1A, Thermus sp A4, Thermus sp ATN1, Thermus sp IM6501, Thermus sp TAK16D, Thermus sp X-1, Thermus sp Y5, Thermus sp Z05[26] Ngoài ra, Ko Won Oh (2005) và các cộng sự lần đầu tiên phát hiện MAase được phân lập từ Lactobacillus gasseri ATCC 33323 [25]

Maltogenic amylase thuộc phân họ của họ các enzyme thủy phân liên kết glycoside GH13 cùng với các enzyme khác như cyclodextrinase (EC 3.2.1.54),

pullulasnase (EC 3.2.1.135) và Thermoactinomyces vulgaris R-47 α – amylase II

[16, 18, 26]

Hình 1.5 : Cây phân loại enzyme họ α - amylase

1.5.2 Các đặc tính của MAase:

MAase thể hiện những đặc tính khác so với các loại amylase khác.MAase không được tiết ra ngoài tế bào mà là một enzyme liên kết với màng tế bào [26, 27] Nó thể hiện tác động kép lên cơ chất, có khả năng cắt được liên kết α-D-(1-4) và α-D-(1-6) glycosic; chuyển liên kết α-D-(1-4) thành α-D-(1-6), α-D-(1-3) hoặc α-D-(1-4) khác [23] Đặc biệt MAase có khả năng thủy phân acarbose – một pseudotetrasaccharide có khả năng ức chế mạnh một số enzyme carbohydrase như α – amylase, α – glucosidase và cyclodextrin glycosyltransferases(CGTase) Hơn nữa, nó không chỉ cắt liên kết glycosidic đầu tiên của phân tử acarbose mà còn chuyển acarviosine – glucose (sản phẩm thủy phân) đến các phân tử carbohydrate tiếp nhận

MAase còn được biết đến như một loại enzyme có thể chuyển các mono và disaccharide đến nhiều loại phân tử tiếp nhận khác nhau [20,23] Maltogenic amylase hoạt động mạnh trên cơ chất cyclodextrin (CD) hơn là trên tinh bột hoặc pullulan, nó phân giải cơ chất β-CDs (7 đơn vị glucose) nhanh hơn 100 lần so với tinh bột hoặc pullulan Ngược lại các amylase khác với một đặc tính thủy phân không thể phân giải CDs hoặc pullulan Maltogenic amylase cắt liên kết α-D-(1-4) hiệu quả hơn α-D-(1-6), với nồng độ cơ chất thấp sản phẩm tạo thành chủ yếu là maltose vì vậy nó được đặt tên là “maltogenic amylase” So sánh với CGTases hoạt tính chuyển glycosic của maltogenic amylase yếu hơn nhiều bởi vì nó chủ yếu chuyển cơ chất thành các sản phẩm thủy phân [17,20,23]

MAase từ các nguồn khác nhau thì có các điều kiện phản ứng tối ưu khác nhau Nhìn chung, nhiệt độ tối ưu cho các MAase hoạt động là từ 40 – 60oC Hiện tại,

MAase chịu nhiệt cao nhất được phân lập từ chủng Thermus sp IM6501 (ThMA),

có nhiệt độ hoạt động tối ưu là 60oC [18, 24, 25].Khả năng chịu nhiệt là một trong những đặc tính quan trọng nhất của enzyme sử dụng trong công nghiệp, đặc biệt là các enzyme sử dụng trong nghành công nghiệp chế biến tinh bột Vì vậy đã có rất nhiều công trình nghiên cứu nhằm tăng khả năng chịu nhiệt của MAase bằng cách gây biến đổi gen Young Wan Kim (2002) và các cộng sự đã biến đổi gen của

chủng vi khuẩn Thermus sp IM6501 các chủng vi khuẩn đột biến cho sản phẩm

MAase (ThMA – DM) có khả năng chịu nhiệt lên tới 75oC ThMA – DM chỉ giảm ½ hoạt tính sau 172 phút ở nhiệt độ 80oC, trong khi đó ở nhiệt độ này enzyme ThMA từ chủng tự nhiên bị mất hoàn toàn hoạt tính trong vòng 1 phút [26,27,28] Shuang Yan Tang (2006) và các cộng sự đã tạo ra loại MAase chịu nhiệt bằng việc

đột biến vi khuẩn B thermoalkalophilus ET2 (BTMA).BTMA mới này có nhiệt độ

tối ưu là 80oC và mất 85% hoạt tính ở 85oC Thời gian enzyme bị mất ½ hoạt tính ở 85oC cao hơn gấp 3 lần so với ThMA [27]

1.6 Sự tiêu hóa tinh bột ở người, cơ chế điều hòa glucose trong máu và bệnh tiểu đường:

1.6.1 Sự tiêu hóa tinh bột ở người: [43]

Ở khoang miệng xảy ra hai quá trình tiêu hóa: tiêu hóa cơ học và tiêu hóa hóa học, trong đó tiêu hóa cơ học là chính, hóa học là phụ Tiêu hóa cơ học chủ yếu do răng đảm nhiệm Dưới tác động nhai, răng giúp cắt nhỏ và nghiền nát thức ăn tạo điều kiện cho các enzyme tiêu hóa tiếp xúc và thủy phân thức ăn một cách dễ dàng Tiêu hóa hóa học ở miệng là do enzyme duy nhất α-amylase trong nước bọt (ptyalin) thực hiện phân giải tinh bột thành đường maltose và dextrin Nước bọt trong miệng được tiết ra từ 3 đôi tuyến dưới hàm, dưới lưỡi và dưới tai Ở người trong 24 giờ nước bọt tiết ra khoảng 1500ml Nước bột là một dịch màu trắng và nhầy, pH trung tính, chứa 98% là nước, 2% là các chất hữu cơ và vô cơ Chất hữu cơ gồm enzyme α-amylase (ptyalin) và chất nhầy.Chất vô cơ gồm các muối Na, K, Ca, phosphate, bicarbonate Ngoài ra còn có một lượng nhỏ lyzozym có tác dụng diệt vi khuẩn

Thức ăn chỉ ở lại khoang miệng một thời gian ngắn, khi khối thức ăn được nuốt vào dạ dày nó có dạng hình cầu nhỏ và được gọi là viên thức ăn Amylase trong nước bọt vẫn tiếp tục hoạt động trong viên thức ăn ngay cả trong môi trường acid của dạ dày (pH=2) cho tới khi acid ngấm vào giữa viên thức ăn thì hoạt động của amylase mới bị ức chế hoàn toàn, lúc này một phần tinh bột đã được tiêu hóa

Tại dạ dày chủ yếu xảy ra quá trình phân cắt protein dưới tác dụng của môi trường pH thấp và hoạt động của enzyme pepsin Hỗn hợp thức ăn đi ra khỏi dạ dày dưới dạng bán lỏng và được đổ vào ruột non để tiếp tục được tiêu hóa hết và hấp thu

Ruột non của người có dạng một đường ống được cuộn lại, dài từ 3 – 6m, đường kính 4cm Đó là đoạn quan trọng nhất của ống tiêu hóa đối với quá trình tiêu hóa học và hấp thu Ruột non được chia làm 3 đoạn chính: tá tràng, hỗng tràng và hồi tràng Tá tràng là đoạn đầu ruột non, dài khoảng 20cm, dịch tiết tiêu hóa từ gan và tụy được dổ vào ruột non tại đây và đồng thời tại tá tràng cũng sinh ra một số enzyme tiêu hóa Dịch tụy tinh khiết có dạng lỏng, hơi quánh, trong suốt, không

màu, pH 7.8-8.4.thành phần dịch tụy gồm có 98.5% nước, chất vô cơ 0.7-0.8%, chất hữu cơ 0.7-0.8% Các chất vô cơ gồm có Na+, K+, Ca++, Mg++, Cl-, SO42-, HCO3- Quan trọng nhất là NaHCO3.Các enzyme phân giải protein, lipid, glucid.Nhóm enzym phân giải glucid gồm có α-amylase dịch tụy và maltase.Amylase dịch tụy hoạt động tối ưu trong môi trường pH 7.1, nó có tác dụng cắt các liên kết α-D-(1-4) glucosidic của cả tinh bột sống và chín thành maltose và dextrin giới hạn.Maltase có tác dụng phân giải đường maltose thành glucose

Dịch mật một chất lỏng trong suốt có màu thay đổi từ xanh đến vàng, pH khoảng 8-8.6 Thành phần gồm có 98% là nước, 2% chất khô ( gồm các muối mật, sắc tố mật, cholesterol, muối vô cơ) Tác dụng chủ yếu của dịch mật là lên sự tiêu hóa lipid

Dịch ruột là chất lỏng rất nhớt và đục, pH 8.3 Thành phần dịch ruột gồm có 98% nước, 1% các chất vô cơ (gồm các mối kiềm như carbonat, phosphate, clorua), % chất hữu cơ (gồm chất nhầy, mảnh tế bào niêm mạc, các enzyme tiêu hóa) Các enzyme phân giải glucid trong dịch ruột gồm có: maltase, sucrose (phân giải đường sucrose thành glucose và fructose), lactase (phân giải đường lactose thành glucose và galactose), dextrinase (phân giải các dextrin giói hạn thành glucose)

Sự hấp thu các chất dinh dưỡng được tiến hành tại ruột non Thành ruột non được cấu tạo bởi 2 lớp cơ trơn.Lớp trong cùng là niêm mạc ruột Niêm mạc ruột có rất nhiều lông ruột (nhung mao) Xen kẽ trong lớp nhung mao là các tuyến tiết chất nhầy và dịch ruột Ngoài ra còn có hệ thống thần kinh, mạch máu và mạch bạch huyết từ thành cơ phân bố vào nhung mao để tiếp nhận chất dinh dưỡng.Các chất dinh dưỡng bao gồm đường glucose, acid amin, acid béo và glycerin, nước, muối khoáng và các vitamin Sự hấp thu tại ruột non được thực hiện theo 2 cơ chế chính:

- Khuếch tán thụ động - Vận chuyển tích cực

Tinh bột sau khi trải qua qua trình phân giải tại miệng, ruột non sẽ được chuyển thành dạng đường đơn Các đường đơn được hấp thu vào máu qua hệ thống mạch máu của lông nhung và được vận chuyển đến gan

Các chất không được hấp thu ở ruột non sẽ bị đẩy xuống ruột già Ruột già của người dài khoảng 1.2 m, đường kính 6cm, được chia thành 2 phần: kết tràng và trực tràng Tại kết tràng có sự hấp thu lại nước và các chất do vi sinh vật sống trong ruột lên men tạo ra Các phần tinh bột không được tiêu hóa (RS) sẽ được vi sinh vật chuyển hóa thành các chất có lợi cho sức khỏe tại đây

1.6.2 Điều hòa glucose trong máu: [43]

Các đường đơn sau khi được hấp thu vào máu tại nhung mao sẽ được vận chuyển đến gan Tại gan, các monosaccharide khác glucose như: fructose, galactose sẽ được chuyển hóa thành glucose Nồng độ glucose trong máu thay đổi trong khoảng 0.6 -1.4 g/lít Sau bữa ăn nồng độ glucose thường tăng cao và khi nhịn ăn thì nồng độ giảm xuống Sau bữa ăn gan nhận được nhiều glucose từ tĩnh mạch gan đem tới hơn là từ hệ thống tuần hoàn chung Sau đó glucose có thể được chuyển thành một dạng polysaccharide dự trữ gọi là glycogen.Glycogen được dự trữ ở trong gan và cơ.Lượng glycogen hình thành được điều hòa bởi hormone insulin.Insulin được giải phóng ra từ tế bào tụy, có chức năng chủ yếu là tăng cường quá trình vận chuyển glucose qua màng tế bào Khoảng 60g glucose được dữ trữ dưới dạng glycogen trong gan và 150g glucose được dữ trữ dưới dạng glycogen trong cơ, nếu vượt quá giới hạn này thì glucose dư thừa sẽ được chuyển hóa thành

Trừ giai đoạn sau bữa ăn ra thì gan luôn giải phóng glucose hơn là nó được tiếp nhận Gan phân hủy glycogen dữ trữ và đồng thời sử dụng các hợp chất hữu cơ khác để tạo glucose đưa vào máu.Quá trình phân hủy glycogen được gọi là glycogenolysis được điều hòa bởi 2 hormon là glucagon và adrenalin của các tuyến trên thận.Cả 2 hormone này được giải phóng để đáp ứng lại sự giảm glucose trong máu Kho glycogen ở gan rất hạn chế và nó phải được bổ sung bằng glucose mới, các glucose này được tổng hợp từ acid lactic giải phóng từ cơ và glycerol sản sinh ra từ quá trình thủy phân mỡ Nếu nhịn đói lâu ngày thì các acid amin cũng được sử dụng làm nguyên liệu để tổng hợp glucose Quá trình tổng hợp glucose mới gọi là gluconeogenesis và được tăng cường bởi glucagon với tốc độ 180g/ngày

1.6.3 Bệnh tiểu đường: [44, 45]

Việc thường xuyên sử dụng các loại thực phẩm có chỉ số GI cao là nguyên nhân gây nên nhiều chứng bệnh nghiêm trọng ở người như: tiểu đường, béo phì, cao huyết áp, tim mạch Trong số các bệnh liên qua đến chuyển hóa glucose trên thì tiểu đường là bệnh phổ biến nhất với số lượng người bệnh ngày càng tăng cao ở tất cả các lứa tuổi Chính vì vậy, việc tìm ra các loại thực phẩm chức năng cho người bị bệnh tiểu đường là vấn đề rất được quan tâm hiện nay Tinh bột chậm tiêu hóa (SDS) được xem như một nguồn thực phẩm mới tốt cho sức khỏe người tiêu dùng nói chung và đặc biệt là người bị bệnh tiểu đường nói riêng Tìm hiểu bệnh tiểu đường và các tác hại nghiêm trọng tới sức khỏe cho ta thấy rõ hơn tầm quan trọng của việc sử dụng các loại thực phẩm có chỉ số GI thấp và thời gian thủy phân kéo dài

Có 3 dạng tiểu đường chính là: tiểu đường type 1, tiểu đường type 2 và tiểu đường thai kỳ Ngoài ra còn có các dạng tiểu đường khác Trong đó đáng quan tâm là tiểu đường type 1 và 2

1.6.3.1 Tiểu đường type 1:

Ở người bị bệnh tiểu đường type 1 cơ thể không tiết đủ lượng hormone insulin cần thiết cho hoạt động chuyển hóa glucose Nguyên nhân của vấn đề này là do các tế bào T thuộc hệ thống miễn dịch của cơ thể tấn công vào tế bào beta trong đảo tủy Langerhans và làm cho các tế bào này bị tổn hại nghiêm trọng Tiểu đường type 1 thường gặp ở trẻ em, tuy nhiên hiện nay các trường hợp bệnh nhân là người trưởng thành ngày càng trở nên phổ biến Bệnh nhân thường gầy do mất nước, mô mỡ và mô cơ bị ly giải Bệnh có tính lệ thuộc insulin

1.6.3.2 Tiểu đường type 2:

Đối với bệnh tiểu đường type 2 cơ thể vẫn có khả năng sản xuất insulin nhưng insulin không thể được tiếp nhận bởi tế bào Loại tiểu đường này thường gặp ở người lớn và là loại tiểu đường chiếm tỷ lệ cao nhất (khoảng 80%) Bệnh xuất hiện

chủ yếu sau độ tuổi 30 và phần lớn bệnh nhân đã có giai đoạn béo phì Đặc trưng của bệnh này là tình trạng tăng đường huyết mãn tính, có thể có kết hợp với béo phì

1.6.3.3 Các biến chứng của bệnh tiểu đường:

Tiểu đường là một bệnh vô cùng nguy hiểm, nếu không được điều trị tốt, tiểu đường gây ra nhiều biến chứng có thể làm bệnh nhân tàn phế, thậm chí tử vong Các biến chứng của bệnh có thể được phân loại thành biến chứng cấp tính và biến chứng mãn tính

Biến chứng cấp tính:

Nguyên nhân của biến chứng cấp tính là do đường huyết tăng cao có thể gây ra hiện tượng hôn mê vì cơ thể bị nhiễm cetone hay áp lực thẩm thấu tăng Nếu không được điều trị kịp thời có thể dẩn đến tử vong Ngoài ra, biến chứng cấp tính còn có thể là hạ đường huyết của người bệnh thường do uống thuốc quá liều gây nên Có thể do bệnh nhân nhịn đói, kiêng khem quá mức Nếu không được điều trị kịp thời có thể hôn mê và thậm chí tử vong

Biến chứng mãn tính:

Các biến chứng mãn tính thường tiềm ẩn trong một thời gian dài và gây ra những dạng biến chứng nghiêm trọng tác động đến các hệ cơ quan trong cơ thể Các biến chứng mãn tính gồm có:

- Biến chứng tim mạch: làm tăng nguy cơ bị nhồi máu cơ tim, đột qụy, tai biến mạch máu não và mạch máu ngoại biên đưa đến đoạn chi

- Biến chứng mắt : gây mù lòa, giảm thị lực - Biến chứng thận: là biến chứng mãn tính thường gặp, gây bệnh thận giai

đoạn cuối, suy thận - Biến chứng thần kinh: gây mất cảm giác ở chân, tay hay dị cảm, tê, gây đau

nhức…là nguy cơ của nhiễm trùng chân đưa đến đoạn chi