Nghiên cứu công nghệ sản xuất tinh bột kháng tiêu hoá loại RS3 từ nguyên liệu gạo bằng thủy phân enzyme kết hợp xử lý nhiệt ẩm

Nghiên cứu công nghệ sản xuất tinh bột kháng tiêu hoá loại RS3 từ nguyên liệu gạo bằng thủy phân enzyme kết hợp xử lý nhiệt ẩmNghiên cứu công nghệ sản xuất tinh bột kháng tiêu hoá loại RS3 từ nguyên liệu gạo bằng thủy phân enzyme kết hợp xử lý nhiệt ẩmNghiên cứu công nghệ sản xuất tinh bột kháng tiêu hoá loại RS3 từ nguyên liệu gạo bằng thủy phân enzyme kết hợp xử lý nhiệt ẩmNghiên cứu công nghệ sản xuất tinh bột kháng tiêu hoá loại RS3 từ nguyên liệu gạo bằng thủy phân enzyme kết hợp xử lý nhiệt ẩmNghiên cứu công nghệ sản xuất tinh bột kháng tiêu hoá loại RS3 từ nguyên liệu gạo bằng thủy phân enzyme kết hợp xử lý nhiệt ẩmNghiên cứu công nghệ sản xuất tinh bột kháng tiêu hoá loại RS3 từ nguyên liệu gạo bằng thủy phân enzyme kết hợp xử lý nhiệt ẩmNghiên cứu công nghệ sản xuất tinh bột kháng tiêu hoá loại RS3 từ nguyên liệu gạo bằng thủy phân enzyme kết hợp xử lý nhiệt ẩmNghiên cứu công nghệ sản xuất tinh bột kháng tiêu hoá loại RS3 từ nguyên liệu gạo bằng thủy phân enzyme kết hợp xử lý nhiệt ẩmNghiên cứu công nghệ sản xuất tinh bột kháng tiêu hoá loại RS3 từ nguyên liệu gạo bằng thủy phân enzyme kết hợp xử lý nhiệt ẩmNghiên cứu công nghệ sản xuất tinh bột kháng tiêu hoá loại RS3 từ nguyên liệu gạo bằng thủy phân enzyme kết hợp xử lý nhiệt ẩmNghiên cứu công nghệ sản xuất tinh bột kháng tiêu hoá loại RS3 từ nguyên liệu gạo bằng thủy phân enzyme kết hợp xử lý nhiệt ẩmNghiên cứu công nghệ sản xuất tinh bột kháng tiêu hoá loại RS3 từ nguyên liệu gạo bằng thủy phân enzyme kết hợp xử lý nhiệt ẩmNghiên cứu công nghệ sản xuất tinh bột kháng tiêu hoá loại RS3 từ nguyên liệu gạo bằng thủy phân enzyme kết hợp xử lý nhiệt ẩmNghiên cứu công nghệ sản xuất tinh bột kháng tiêu hoá loại RS3 từ nguyên liệu gạo bằng thủy phân enzyme kết hợp xử lý nhiệt ẩmNghiên cứu công nghệ sản xuất tinh bột kháng tiêu hoá loại RS3 từ nguyên liệu gạo bằng thủy phân enzyme kết hợp xử lý nhiệt ẩmNghiên cứu công nghệ sản xuất tinh bột kháng tiêu hoá loại RS3 từ nguyên liệu gạo bằng thủy phân enzyme kết hợp xử lý nhiệt ẩmNghiên cứu công nghệ sản xuất tinh bột kháng tiêu hoá loại RS3 từ nguyên liệu gạo bằng thủy phân enzyme kết hợp xử lý nhiệt ẩmNghiên cứu công nghệ sản xuất tinh bột kháng tiêu hoá loại RS3 từ nguyên liệu gạo bằng thủy phân enzyme kết hợp xử lý nhiệt ẩmNghiên cứu công nghệ sản xuất tinh bột kháng tiêu hoá loại RS3 từ nguyên liệu gạo bằng thủy phân enzyme kết hợp xử lý nhiệt ẩmNghiên cứu công nghệ sản xuất tinh bột kháng tiêu hoá loại RS3 từ nguyên liệu gạo bằng thủy phân enzyme kết hợp xử lý nhiệt ẩmNghiên cứu công nghệ sản xuất tinh bột kháng tiêu hoá loại RS3 từ nguyên liệu gạo bằng thủy phân enzyme kết hợp xử lý nhiệt ẩmNghiên cứu công nghệ sản xuất tinh bột kháng tiêu hoá loại RS3 từ nguyên liệu gạo bằng thủy phân enzyme kết hợp xử lý nhiệt ẩmNghiên cứu công nghệ sản xuất tinh bột kháng tiêu hoá loại RS3 từ nguyên liệu gạo bằng thủy phân enzyme kết hợp xử lý nhiệt ẩmNghiên cứu công nghệ sản xuất tinh bột kháng tiêu hoá loại RS3 từ nguyên liệu gạo bằng thủy phân enzyme kết hợp xử lý nhiệt ẩmNghiên cứu công nghệ sản xuất tinh bột kháng tiêu hoá loại RS3 từ nguyên liệu gạo bằng thủy phân enzyme kết hợp xử lý nhiệt ẩmNghiên cứu công nghệ sản xuất tinh bột kháng tiêu hoá loại RS3 từ nguyên liệu gạo bằng thủy phân enzyme kết hợp xử lý nhiệt ẩmNghiên cứu công nghệ sản xuất tinh bột kháng tiêu hoá loại RS3 từ nguyên liệu gạo bằng thủy phân enzyme kết hợp xử lý nhiệt ẩmNghiên cứu công nghệ sản xuất tinh bột kháng tiêu hoá loại RS3 từ nguyên liệu gạo bằng thủy phân enzyme kết hợp xử lý nhiệt ẩmNghiên cứu công nghệ sản xuất tinh bột kháng tiêu hoá loại RS3 từ nguyên liệu gạo bằng thủy phân enzyme kết hợp xử lý nhiệt ẩm

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT

VIỆN CƠ ĐIỆN NÔNG NGHIỆP VÀ CÔNG NGHỆ SAU THU HOẠCH

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT

VIỆN CƠ ĐIỆN NÔNG NGHIỆP VÀ CÔNG NGHỆ SAU THU HOẠCH

LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT

CHUYÊN NGÀNH: CÔNG NGHỆ SAU THU HOẠCH

MÃ SỐ: 954.01.04

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC:

1 PGS.TS NGUYỄN DUY LÂM

2 PGS.TS PHẠM ANH TUẤN

HÀ NỘI - 2024

i

LỜI CẢM ƠN

Trước hết, tôi xin bày tỏ lòng kính trọng và biết ơn sâu sắc đến PGS.TS Nguyễn Duy Lâm và PGS.TS Phạm Anh Tuấn, những người Thầy đã tận tình hướng dẫn,

hỗ trợ và cung cấp cho tôi những kiến thức quý báu trong suốt quá trình học tập, nghiên

cứu và hoàn thành luận án này

Tôi cũng xin gửi lời cảm ơn chân thành đến Ban Lãnh đạo Viện Cơ điện nông

nghiệp và Công nghệ sau thu hoạch, Phòng Khoa học, Đào tạo và HTQT, Trung tâm

Nghiên cứu và Kiểm tra chất lượng nông sản thực phẩm cùng các Phòng, Ban khác trong

Viện đã tạo điều kiện cho tôi về thời gian, cơ sở vật chất cũng như hỗ trợ, chia sẻ những

kinh nghiệm trong quá trình nghiên cứu

Xin trân trọng cảm ơn Bộ Nông nghiệp và Phát triển nông thôn đã quan tâm giúp

đỡ và phê duyệt cho chúng tôi được thực hiện đề tài trọng điểm cấp Bộ về lĩnh vực mà tôi

nghiên cứu, đấy chính là những tiền đề giúp tôi có thêm định hướng để thực hiện đề tài

luận án của mình

Cuối cùng, xin được gửi lời cảm ơn sâu sắc đến gia đình cùng bạn bè, đồng nghiệp

đã ủng hộ, đồng hành trong quá trình tôi thực hiện và hoàn thành luận án này

Xin trân trọng cảm ơn!

iii

MỤC LỤC

Trang

1.1.3 Các yếu tố ảnh hưởng đến cấu trúc và tính chất của tinh bột 7

1.3.3.2 Cơ chế tác động của enzyme đến cấu trúc và chức năng của tinh bột 17

iv

1.3.3.3 Sự hình thành tinh thể và cơ chế tạo tinh bột kháng tiêu hóa RS3 20

1.4.1 Tổng hợp các công nghệ biến tính tinh bột bằng phương pháp vật lý 21 1.4.2 Công nghệ thủy phân enzyme trong sản xuất tinh bột RS3 26

1.4.3.2 Công nghệ biến tính tinh bột bằng hấp nhiệt và làm nguội 32

1.5.1 Một số nguyên liệu chính để sản xuất tinh bột kháng tiêu hoá 39 1.5.2 Nguyên liệu gạo trong sản xuất tinh bột kháng tiêu hóa 42

1.6 Tình hình nghiên cứu công nghệ sản xuất tinh bột kháng tiêu hóa tại

Việt Nam

46

2.3.3.1 Phương pháp thực nghiệm xác định ảnh hưởng của các yếu tố đến quá

trình tiền xử lý tinh bột gạo bằng thủy phân enzyme pullulanase

55

2.3.3.2 Phương pháp thực nghiệm xác định ảnh hưởng của các yếu tố trong quá

trình hấp nhiệt/làm nguội đến hàm lượng RS3

57

2.3.3.3 Phương pháp thực nghiệm đa yếu tố ảnh hưởng đến quá trình tiền xử lý

nguyên liệu bằng thủy phân enzyme pullulanase kết hợp thủy nhiệt

58

v

2.3.4 Phương pháp sản xuất thử nghiệm tinh bột RS3 quy mô pilot 60

2.3.7 Phương pháp thủy phân enzyme đánh giá mức độ thủy phân và khả năng

tiêu hóa tinh bột in vitro

64

2.3.9 Xác định tỷ lệ thu hồi và hiệu suất thu hồi tinh bột kháng tiêu hoá 65

3.1 Kết quả nghiên cứu phân tích và lựa chọn nguyên liệu thích hợp để sản

xuất tinh bột kháng tiêu hóa

66

3.1.1 Đặc tính thành phần bột gạo của các loại giống lúa khảo sát 66 3.1.2 Đặc tính thành phần tinh bột gạo tự nhiên và xử lý thoái hóa 68

3.1.4 Đặc điểm hình thái hạt tinh bột - hình ảnh SEM của tinh bột gạo giống

IR50404

71

3.1.5 Phổ nhiễu xạ tia X và độ kết tinh tương đối của tinh bột gạo giống IR50404 71

3.2 Kết quả thực nghiệm quá trình tiền xử lý nguyên liệu bằng thủy phân

enzyme pullulanase để sản xuất tinh bột RS3

73

3.2.1 Kết quả khảo sát đánh giá hiệu quả quá trình thủy phân bằng emzyme

pullulanase từ nguyên liệu tinh bột hồ hóa và thoái hóa đến khả năng tạo tinh bột

RS3

73

3.2.2 Ảnh hưởng của nồng độ tinh bột đến khả năng tạo tinh bột RS3 74

3.2.4 Ảnh hưởng của nhiệt độ thủy phân đến khả năng tạo tinh bột RS3 76 3.2.5 Ảnh hưởng của thời gian thủy phân đến khả năng tạo tinh bột RS3 77 3.2.6 Ảnh hưởng của nồng độ enzyme pullulanase đến khả năng tạo tinh bột RS3 78 3.2.7 Thành phần hóa học và tính chất của sản phẩm tinh bột RS3 79 3.2.8 Đặc điểm cấu trúc và hình thái tinh bột kháng tiêu hoá trung gian 80

3.3 Kết quả nghiên cứu công nghệ biến tính làm giàu hàm lượng tinh bột

kháng tiêu hóa RS3 bằng phương pháp hấp nhiệt và làm nguội

82

3.4 Kết quả tối ưu hóa một số yếu tố công nghệ tiền xử lý bằng thủy phân

enzyme pullulanase kết hợp quá trình thủy nhiệt để sản xuất tinh bột kháng

tiêu hóa RS3 từ nguyên liệu gạo

87

3.4.1 Cơ sở lập luận chọn biến và mục tiêu của quy hoạch thực nghiệm đa yếu tố 87

3.4.3 Kết quả tối ưu hóa quá trình tiền xử lý bằng thủy phân enzyme pullulase

kết hợp quá trình thủy nhiệt

96

3.5 Kết quả sản xuất thử nghiệm tinh bột kháng tiêu hóa RS3 bằng thủy

phân enzyme kết hợp thủy nhiệt từ nguyên liệu gạo, quy mô pilot

100

3.5.1 Nguyên liệu và một số thiết bị chính sử dụng trong quá trình sản xuất thử

nghiệm

100

3.6.5 Thuyết minh quy trình công nghệ sản xuất tinh bột RS3 111

vii

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT

Nhiệt lượng quét vi sai

hoá loại RS3

ISO International Organization for

Standardization

Tổ chức Tiêu chuẩn hóa quốc tế

Polymerization

Mức độ trùng hợp trung bình

RDS Rapidly Digestible Starch Tinh bột tiêu hóa nhanh

viii

Tg Glass Transition Temperature Nhiệt độ chuyển thủy tinh

ix

DANH MỤC BẢNG

Bảng 1.1 Phương pháp biến tính bằng các kỹ thuật vật lý đến sự thay đổi

cấu trúc và tính chất của tinh bột

21

Bảng 1.2 Hàm lượng tinh bột kháng của một số nguyên liệu sản xuất RS 40

Bảng 3.1 Đặc tính thành phần bột gạo của các loại giống lúa khảo sát 66

Bảng 3.3 Số liệu nhiễu xạ tia X của tinh bột gạo giống IR50404 72 Bảng 3.4 Thành phần hóa học và một số thông số chất lượng của tinh bột RS3 79

Bảng 3.6 Kết quả phân tích hồi quy các hàm mục tiêu Y1, Y2, Y3 89 Bảng 3.7 Điều kiện ràng buộc của các yếu tố và mục tiêu thực nghiệm 96

Bảng 3.8 Giá trị dự đoán và thực nghiệm của các đáp ứng trong điều kiện

tối ưu

98

Bảng 3.9 Các thông số chất lượng của tinh bột gạo và sản phẩm tinh bột RS3 102

Bảng 3.10 Các chỉ tiêu vi sinh và dư lượng kim loại nặng của sản phẩm

Bảng 3.14 Mức độ tương đồng và tỷ lệ hấp thụ tại bước sóng 1.047 cm-1/1.022

cm-1 của tinh bột gạo tự nhiên giống IR50404 và tinh bột RS3

109

x

DANH MỤC HÌNH

Hình 1.2 Tổng hợp các phương pháp biến tính tinh bột bằng vật lý và hóa học 9

Hình 1.3 Mô phỏng cấu trúc của các loại tinh bột kháng tiêu hóa 13

Hình 1.4 Cơ chế tác động của enzyme đến cấu trúc để cải thiện chức năng của

tinh bột

17

Hình 1.6 Ảnh hưởng của nhiệt độ đến tốc độ tạo mầm, phát triển mạng tinh thể

và kết tinh tổng thể

20

Hình 2.1 Sơ đồ thiết kế nghiên cứu công nghệ sản xuất tinh bột RS3 54

Hình 3.1 Hàm lượng RS3 và amylose trong bột gạo của 8 giống lúa có hàm

lượng amylose cao nhất

67

Hình 3.2 Hàm lượng RS3 và amylose trong tinh bột gạo của 4 giống lúa 69

Hình 3.5 Hàm lượng RS3 sau quá trình thủy phân từ tinh bột hồ hóa và tinh bột

thoái hóa

73

Hình 3.7 Ảnh hưởng của pH đến hàm lượng RS3 trong quá trình thủy phân

bằng enzyme pullulanase

76

Hình 3.9 Ảnh hưởng của thời gian thủy phân đến hàm lượng RS3 77

Hình 3.10 Ảnh hưởng của nồng độ enzyme pullulanase đến hàm lượng RS3 78

Hình 3.11 Phổ nhiễu xạ tia X của tinh bột gạo tự nhiên (TB-TN), tinh bột thoái

hóa (TB-TH) và sản phẩm tinh bột kháng tiêu hóa (TB-RS3)

80

Hình 3.12 Hình thái tinh bột gạo giống IR50404 tự nhiên (trái) và sau khi xử lý

thủy phân và thoái hóa (phải) Độ phóng đại 6.000 lần

81

Hình 3.13 Ảnh hưởng của nhiệt độ, thời gian và chu kỳ hấp nhiệt đến

hàm lượng RS3

82

Hình 3.22 Một số thiết bị chính dùng trong sản xuất thử nghiệm tinh bột RS3 100

Hình 3.24 Hình thái và kích thước hạt tinh bột gạo giống IR50404 tự nhiên (A)

và tinh bột RS3 (D) Độ phóng đại 2.500 X (cột bên trái) và 6.000 X (cột bên phải)

104

Hình 3.25 Phổ nhiễu xạ tia X của tinh bột gạo giống IR50404 tự nhiên (A)

và tinh bột RS3 (D)

105

Hình 3.26 Biểu đồ nhiệt lượng vi sai (DSC) của tinh bột gạo giống IR50404 tự

nhiên (A) và tinh bột RS3 (D)

và làm nguội Tinh bột kháng tiêu hóa loại RS3 (tinh bột RS3) được coi là một loại chất xơ không tan và có tiềm năng nhất trong số các loại tinh bột kháng tiêu hóa, nhờ vào khả năng kháng lại quá trình tiêu hóa của enzyme trong ruột non và tính ổn định dưới các điều kiện chế biến thực phẩm như nhiệt độ cao và pH khác nhau Do

đó, tinh bột RS3 được coi như một thực phẩm chức năng có lợi cho sức khỏe con người, với những tác dụng tăng cường hệ vi sinh vật đường ruột, kiểm soát lượng đường trong máu, giảm nguy cơ mắc các bệnh về tim mạch, hỗ trợ quản lý cân nặng

và phòng ngừa một số bệnh mạn tính [11]

Tùy thuộc vào nguồn gốc tinh bột và phương pháp biến tính mà các đặc tính cấu trúc, tính chất chức năng và hàm lượng tinh bột kháng tiêu hoá loại RS3 (hàm lượng RS3) cũng khác nhau Do vậy, việc nghiên cứu tìm ra những nguyên liệu có hiệu quả để sản xuất tinh bột kháng tiêu hoá là cần thiết Gạo là một trong những loại ngũ cốc quan trọng nhất trên thế giới, đặc biệt là ở các nước châu Á Cấu trúc

và tính chất của gạo có nhiều lợi thế để sản xuất tinh bột RS3 như: Hàm lượng tinh bột cao; các hạt tinh bột có cấu trúc phức tạp với các phân nhánh và liên kết hydrogen giữa các chuỗi glucose, cấu trúc này là điều kiện lý tưởng cho quá trình biến đổi tinh bột thành các dạng tinh bột kháng tiêu hóa, đặc biệt là tinh bột RS3; tinh bột gạo có khả năng thủy phân tốt, cho phép tạo ra các sản phẩm RS3 thông qua các quá trình biến tính tinh bột, làm cho quá trình sản xuất RS3 từ gạo trở nên hiệu quả và dễ dàng điều chỉnh Sử dụng gạo làm nguyên liệu để sản xuất tinh bột RS3 còn làm tăng giá trị gia tăng cho sản phẩm này, tận dụng được nguồn nguyên liệu dồi dào và rẻ tiền Việc sử dụng gạo cũng có thể cải thiện tính chấp nhận của

2 người tiêu dùng đối với các sản phẩm chế biến từ tinh bột RS3, vì gạo là một thực phẩm quen thuộc và được ưa chuộng [12, 13]

Phương pháp sản xuất tinh bột kháng tiêu hoá hiện nay chủ yếu bằng các phương pháp biến tính vật lý và hóa học [14] Tại Việt Nam, việc nghiên cứu sản xuất tinh bột kháng tiêu hoá ngày càng được quan tâm, đã có những nghiên cứu bước đầu trên các đối tượng nguyên liệu như đậu xanh, khoai lang, khoai môn, gạo, chuối… với các phương pháp biến tính khác nhau, trong đó định hướng nghiên cứu phát triển các công nghệ tiên tiến và thân thiện môi trường đang là đề tài được nhiều nhà khoa học trong và ngoài nước quan tâm

Xuất phát từ xu hướng phát triển và nhu cầu thị trường, từ năm 2016 Bộ

Nông nghiệp và Phát triển nông thôn đã phê duyệt thực hiện đề tài “Nghiên cứu sản

xuất tinh bột từ gạo tấm làm nguyên liệu cho chế biến thực phẩm” thuộc Chương

trình KH&CN trọng điểm cấp Bộ, chủ nhiệm là PGS.TS Nguyễn Duy Lâm và Nghiên cứu sinh là thành viên chính, chủ trì các nội dung có liên quan đến hướng

nghiên cứu phát triển của đề tài luận án “Nghiên cứu công nghệ sản xuất tinh bột

kháng tiêu hoá loại RS3 từ nguyên liệu gạo bằng thủy phân enzyme kết hợp xử lý nhiệt ẩm”

2 Mục tiêu

Xây dựng được quy trình công nghệ sản xuất tinh bột kháng tiêu hoá loại RS3 từ nguồn nguyên liệu gạo phổ biến tại Việt Nam bằng phương pháp thủy phân enzyme kết hợp xử lý nhiệt ẩm để tạo ra sản phẩm tinh bột RS3 đảm bảo chất lượng, ATTP và có khả năng ứng dụng ở quy mô công nghiệp

3 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn

3.1 Ý nghĩa khoa học

- Đã xây dựng được quy trình công nghệ sản xuất tinh bột kháng tiêu hoá loại RS3 từ nguyên liệu gạo IR50404 bằng quá trình tiền xử lý thủy phân enzyme pullulanase kết hợp kỹ thuật hấp nhiệt/làm nguội 3 chu kỳ

- Công trình nghiên cứu của luận án góp phần bổ sung bộ cơ sở dữ liệu khoa học

về quy trình công nghệ sản xuất tinh bột kháng tiêu hoá loại RS3 Luận án là tài

3 liệu tham khảo có giá trị đối với các nhà khoa học, các nghiên cứu sinh, doanh nghiệp sản xuất chế biến thuộc lĩnh vực nghiên cứu về tinh bột nói chung và tinh bột kháng tiêu hoá loại RS3 nói riêng Trong đó, các thông số của quá trình công nghệ được thiết lập có hệ thống từ yếu tố nguyên liệu gạo đến sơ chế, tiền xử lý

và biến tính thoái hóa tinh bột tạo tinh bột RS3 đảm bảo tính kế thừa, phát triển, logic và khoa học

3.2 Ý nghĩa thực tiễn

- Kết quả của đề tài luận án góp phần đa dạng hóa sản phẩm, nâng cao chất lượng

và gia tăng giá trị sản phẩm gạo Việt Nam

- Bước đầu tinh bột kháng tiêu hoá loại RS3 được tạo ra từ nguyên liệu gạoIR50404 có thể mở rộng cho một số giống lúa gạo có tiềm năng đã được lựa chọn Sản phẩm tinh bột RS3 đảm bảo tiêu chuẩn chất lượng và ATTP là nguồn thực phẩm chức năng và phụ gia thực phẩm phục vụ cho ngành công nghệ chế biến góp phần bảo vệ sức khỏe, nâng cao chất lượng cuộc sống con người và cộng đồng

4 Đóng góp mới của luận án

1) Đã lựa chọn giống lúa IR50404 là thích hợp cho sản xuất tinh bột kháng tiêu hoá loại RS3 với hàm lượng amylose cao (29,14%), khả năng hình thành RS3 cao (8,39%), độ nhớt thấp (5020 cP), độ kết tinh cao (42,1%) và là giống lúa trồng rất phổ biến ở Nam bộ và Nam Trung bộ Việt Nam

2) Đã xác định được giải pháp công nghệ thích hợp để sản xuất tinh bột RS3 sử dụng enzyme pullulanase tiền thủy phân tinh bột gạo IR50404 kết hợp kỹ thuật hấp nhiệt/làm nguội 3 chu kỳ với chế độ công nghệ tối ưu: Hàm lượng tinh bột/nước 15%, pH 5,5 với nồng độ enzyme 2,2 %, nhiệt độ 54,4oC, thời gian thủy phân 10,4 giờ Tiếp theo là quá trình hấp nhiệt/làm nguội 3 chu kỳ với nhiệt

độ hấp nhiệt 130oC trong thời gian 60 phút và làm nguội xuống 4oC, lưu trữ sau

18 giờ trước khi tinh chế làm sạch, thu hồi sản phẩm tinh bột RS3 Sản phẩm thu được có hàm lượng RS3 47,4 ± 0,66%; hàm lượng đường khử đạt 14,18 ± 0,15%; độ hòa tan 68,31 ± 0,27%; độ trương nở 2,11 ± 0,04%; tỷ lệ thu hồi 88,5

4

± 1,2%, hàm lượng amylose 49,78 ± 0,88%; độ thủy phân 8,91 ± 0,18 %; độ trùng hợp 235 ± 4,8

3) Đã đề xuất được quy trình công nghệ sản xuất tinh bột kháng tiêu hoá loại RS3

từ tinh bột gạo IR50404 bằng tiền xử lý thủy phân enzyme pullulanase kết hợp

kỹ thuật hấp nhiệt/làm nguội 3 chu kỳ, đảm bảo độ tin cậy trong điều kiện ứng dụng quy mô công nghiệp

5 Bố cục của luận án

Bố cục của luận án được trình bày trong 115 trang bao gồm:

Mở đầu;

Chương 1 Tổng quan;

Chương 2 Nguyên vật liệu và Phương pháp nghiên cứu;

Chương 3 Kết quả và thảo luận;

Kết luận và kiến nghị

Luận án bao gồm 18 bảng, 35 hình/đồ thị và 121 tài liệu tham khảo Các phần phụ chương: Mục lục; Danh mục các công trình đã công bố; Tài liệu tham khảo; Danh mục bảng; Danh mục hình; Danh mục các chữ viết tắt và Phụ lục kèm theo

5

Chương 1 TỔNG QUAN

1.1 Giới thiệu chung về tinh bột

Tinh bột là polysaccharid quan trọng và cũng là một polyme dự trữ chính của thực vật, chủ yếu được tìm thấy trong hạt, củ, rễ của nhiều loại cây khác nhau Tinh bột được tạo ra trong lục lạp và amyloplast của tế bào thực vật nhờ quá trình quang hợp, được dự trữ như một nguồn thức ăn và năng lượng Nó được lưu trữ trong tế bào thực vật trong quá trình nảy mầm của củ, nảy mầm của hạt và sự trưởng thành của quả [10] Các nguồn cung cấp tinh bột chính bao gồm hạt ngũ cốc như lúa mì, lúa mạch, gạo và ngô; hạt của các loại đậu như đậu nành, đậu Hà Lan, đậu xanh và đậu lăng; các loại củ như khoai tây, khoai lang, gừng, nghệ và lạc; cũng như một số loại trái cây và rau quả non [15]

Tinh bột có ý nghĩa lớn về mặt dinh dưỡng, dược phẩm và công nghiệp do các đặc tính vật lý, hóa học và chức năng dinh dưỡng độc đáo của nó Tinh bột là một nguồn dinh dưỡng tốt nhờ thủy phân thành glucose trong quá trình tiêu hóa bởi α-amylose Quá trình oxy hóa trao đổi chất của glucose cung cấp năng lượng tức thời được sử dụng trong các hoạt động trao đổi chất và các hoạt động tế bào khác nhau [11] Do hàm lượng amylose cao hơn, tinh bột được sử dụng như một tá dược

để hoạt hóa thuốc và hoạt động như một chất bao bọc tạo điều kiện thuận lợi cho việc đưa thuốc đến cơ quan đích của nó [16] Là một polyme tự nhiên, tinh bột được

sử dụng để thay thế nhựa trong lớp phủ vật liệu thực phẩm và sản xuất màng ăn được trong ngành công nghiệp thực phẩm Nó thường được trộn với các thành phần thực phẩm để bảo vệ chúng khỏi bị hư hỏng cơ học, kéo dài thời gian bán hủy và cải thiện vẻ ngoài của chúng Nó cũng được sử dụng như một thành phần có thể tái chế

để sản xuất khuôn mẫu trong ngành công nghiệp thực phẩm Nó được thêm vào như một chất tạo phồng trong các công thức thực phẩm và dược phẩm để tăng cường khả năng xử lý và ổn định cũng như bảo quản kết cấu các thành phần và tăng cường

6

độ nhớt [17] Mặt khác, do tính chất chịu nước của amylose, nó có khả năng tạo màng cho nhiều ứng dụng khác nhau trong công nghiệp [18]

1.1.1 Cấu trúc và thành phần của tinh bột

Về mặt hóa học, tinh bột là một polysaccharide được tạo thành từ các đơn vị α-glucopyranose, với công thức hóa học (C6H10O5)n Tinh bột bao gồm hai loại chuỗi polyme: amylose, có cấu trúc tuyến tính với các liên kết glycosidic α-1,4; và amylopectin, có cấu trúc phân nhánh, với liên kết chính là α-1,4 và liên kết phân nhánh là α-1,6 glycosidic (Hình 1.1) [10, 19]

Hình 1.1 Cấu trúc của amylose và amylopectin trong tinh bột [10]

Thông thường, tinh bột bao gồm lượng amylose tương đối thấp (20 - 30%) so với lượng amylopectin (70 - 80%) Tỷ lệ amylose và amylopectin ảnh hưởng đến cấu trúc tinh bột về độ kết tinh, kích thước của hạt, bản chất hóa học và sự sắp xếp của các polyme trong hạt Các nghiên cứu đã chỉ ra rằng cấu trúc mịn của amylopectin đóng một vai trò quan trọng trong chức năng của tinh bột Nồng độ tương đối của amylose và amylopectin quyết định tính chất vật lý và chức năng của tinh bột Các loại tinh bột có chứa amylopectin thấp đã được phát hiện cho thấy sự

7 khởi đầu nhanh chóng của quá trình gel hóa so với các loại tinh bột có hàm lượng amylose thấp Các loại tinh bột có chứa hàm lượng amylose tương đối cao đã được phát hiện để tạo thành gel tương đối cứng và màng có tính cơ học cao trong khi tinh bột có hàm lượng amylopectin cao phân tán dễ dàng trong nước và tạo thành gel mềm và màng có tính cơ học thấp [18, 20] Tỷ lệ amylose/amylopectin cũng ảnh hưởng đến chất lượng dinh dưỡng của tinh bột được đánh giá bằng tốc độ tiêu hóa

và chỉ số đường huyết (GI) như một chỉ số để kiểm tra chất lượng của carbohydrate [21]

1.1.2 Tính chất chức năng của tinh bột

Dựa trên cấu trúc nhỏ gọn, tinh bột có các đặc tính chức năng đa dạng và ứng dụng trong lĩnh vực y sinh và công nghiệp Với bản chất cao phân tử và phân nhánh, tinh bột có khả năng hòa tan kém trong nước và có khả năng hấp thụ nước và dầu tương đối thấp Tinh bột cho thấy khả năng liên kết tốt với iốt, có độ nhớt tương đối cao và khả năng trương nở, hồ hóa hiệu quả Ngoài ra, tinh bột có đặc tính tạo màng mỏng tùy thuộc vào độ mịn và độ trong Đặc biệt, tinh bột còn có tính ổn định trong quá trình đông lạnh - rã đông và bảo quản lạnh, giúp nó trở thành lựa chọn lý tưởng cho các công thức chế biến thực phẩm cũng như nhiều ứng dụng khác trong các ngành công nghiệp Tinh bột chịu được nhiệt độ và áp suất vừa phải nhưng dễ bị phản ứng thủy phân bằng axit và enzyme Tuy nhiên, tinh bột tự nhiên cho thấy giá trị tương đối thấp hơn về khả năng tiêu hóa của enzyme [22] Để nâng cao khả năng ứng dụng trong các ngành thực phẩm dinh dưỡng, y sinh và công nghiệp, các đặc tính chức năng của tinh bột có thể được cải thiện dưới tác động của các yếu tố vật lý

và hóa học khác nhau

1.1.3 Các yếu tố ảnh hưởng đến cấu trúc và tính chất của tinh bột

Các loại tinh bột tự nhiên có cấu trúc dạng hạt và tinh thể phức tạp, kích thước khác nhau ở các loại thực vật khác nhau [10] Một số yếu tố ảnh hưởng đến các đặc tính cấu trúc, vật lý, hóa học và chức năng của tinh bột đã được công bố Tinh bột nhạy cảm với pH rất cao và rất thấp, nhiệt độ cao, áp suất cao và áp suất thẩm thấu, ánh sáng, bức xạ, ứng suất cơ học và sóng siêu âm Xử lý gia nhiệt tinh

8 bột trong môi trường nước đã được phát hiện là gây ra sự chuyển đổi dạng vô định hình thành tinh bột kết tinh dẫn đến hồ hóa tinh bột Việc xử lý bằng bức xạ vi sóng

đã được phát hiện là có ảnh hưởng đến cấu trúc tinh thể và các đặc tính chức năng của tinh bột có liên quan đến việc mất tính lưỡng chiết và độ kết tinh do biến dạng trong quá trình biến tính [23, 24, 25, 26, 27, 28, 29] Tương tác của tinh bột với nước và dầu cũng ảnh hưởng đến tính chất của tinh bột Việc hấp thụ nước dẫn đến phá vỡ các liên kết amylose - amylopectin, làm mất độ kết tinh và sự trương nở của các hạt tinh bột Sự trương nở của hạt tinh bột có thể đảo ngược ở giai đoạn đầu nhưng không thể đảo ngược sau một thời gian nhất định [30] Làm đông ở nhiệt độ thấp sau khi hồ hóa dẫn đến kết tinh lại hạt tinh bột và làm tăng độ bền và độ cứng của tinh bột [31]

Mặt khác, một số yếu tố hóa học được ghi nhận là có ảnh hưởng đến cấu trúc

và chức năng của tinh bột Các chất oxy hóa, dẫn xuất hydroxy hoặc cacboxyl của hydrocacbon, một số axit cacboxylic, phốt phát, các chất liên kết chéo từ axit và bazơ, các polyme tổng hợp, và một số phân tử cation là những yếu tố hóa học chính

đã được báo cáo có khả năng thay đổi cấu trúc và tính chất của tinh bột [32, 33, 34] Tinh bột cũng dễ bị tác động bởi axit và sự thủy phân bằng enzyme dẫn đến sự phân giải của amylose và amylopectin và làm thay đổi hình thái và tính chất bề mặt của hạt dẫn đến sự thay đổi giá trị chức năng của tinh bột [35, 36] Những yếu tố vật lý

và hóa học này đã giúp cải thiện chất lượng chức năng của tinh bột, từ đó đạt được kết quả tốt hơn khi ứng dụng trong các ngành thực phẩm và công nghiệp khác nhau

1.2 Biến tính tinh bột

Bất kỳ thay đổi nào trong cấu trúc của phân tử tinh bột gây ra bởi các yếu tố môi trường, tác động của quá trình chế biến khác nhau được gọi là sự biến tính Những thay đổi này có thể gây ra tác động tích cực hoặc tiêu cực đến cấu trúc và chức năng của phân tử tinh bột Các loại tinh bột tự nhiên thu được từ các loại thực vật khác nhau đều có tính khác biệt về cấu trúc và chức năng Để nâng cao chất lượng và đa dạng hóa sản phẩm từ các loại tinh bột, tùy theo yêu cầu sử dụng cho các mục đích khác nhau, các nhà nghiên cứu đã và đang quan tâm đề xuất các giải

9 pháp công nghệ nhằm thay đổi cấu trúc và chức năng theo mục tiêu mong muốn Một số nghiên cứu đã được công bố về việc cải thiện chất lượng chức năng của tinh bột bằng các biến đổi vật lý, hóa học hoặc cơ học [14, 22, 28, 37, 38, 39] Trong đó hai phương pháp biến tính phổ biến thường được nghiên cứu và ứng dụng bằng vật

lý và hóa học (Hình 1.2) Các biến đổi vật lý tương đối an toàn và thích hợp hơn các biến đổi hóa học do sự liên quan đến những biến đổi trong cấu trúc hóa học của phân tử làm hạn chế việc sử dụng nó trong hầu hết các công thức

Hình 1.2 Tổng hợp các phương pháp biến tính tinh bột bằng vật lý và hóa học [14]

10

1.2.1 Biến tính tinh bột bằng phương pháp vật lý

Các biến đổi vật lý liên quan đến sự thay đổi hình thái và cấu trúc ba chiều của tinh bột dưới tác động của một số yếu tố vật lý như xay xát, độ ẩm, nhiệt độ, áp suất, pH, bức xạ, điện trường xung, sóng siêu âm, v.v Những thay đổi này bao gồm kích thước hạt, tính chất bề mặt, chỉ số hòa tan, và các đặc tính chức năng như khả năng hút nước, trương nở, kết dính và hồ hóa Chúng ảnh hưởng trực tiếp đến chất lượng chức năng, tính chọn lọc và tính phù hợp của tinh bột biến tính trong các ứng dụng dinh dưỡng, dược phẩm và công nghiệp Nhiều nghiên cứu được báo cáo về

sự biến đổi vật lý của tinh bột bằng các kỹ thuật khác nhau bao gồm quá trình nhiệt,

xử lý ức chế nhiệt, chiếu xạ tia cực tím, tia gamma, xử lý vi sóng, áp suất cao, áp suất thẩm thấu và xử lý áp suất điều khiển tức thời, kích hoạt cơ học bằng máy nghiền bi khuấy, xử lý bằng điện trường xung, máy nghiền bi chân không, xử lý ủ

và đông lạnh [14, 24, 26, 27, 37, 38, 39, 40, 41]

1.2.2 Biến tính tinh bột bằng phương pháp hóa học

Sự biến đổi hóa học liên quan đến sự thay đổi các tính chất hóa học và hóa lý của tinh bột thông qua các tác động hóa học mà không làm thay đổi hình dạng và kích thước của phân tử Mỗi đơn vị glucose trong amylose và amylopectin có ba nhóm hydroxyl phản ứng là những vị trí chính để biến đổi hóa học trong tinh bột

Sự biến đổi hóa học làm thay đổi tính chất vật lý của tinh bột bao gồm quá trình thoái hóa, muối và hồ hóa hoạt động bằng cách ổn định liên kết giữa các phân tử và nội phân tử của hạt tinh bột Các phương pháp biến đổi hóa học thường được sử dụng bao gồm oxy hóa bằng các tác nhân oxy hóa khác nhau, ete hóa bằng cách thêm một số gốc hydroxyethyl, hydroxypropyl hoặc carboxymethyl vào các nhóm hydroxyl của tinh bột; este hóa bằng cách ngưng tụ một số axit béo, các axit cacboxylic khác và phốt phát với các nhóm hydroxyl hoạt động tinh bột; cation hóa bằng cách đưa vào một số phân tử cation, liên kết ngang bằng cách bổ sung các liên kết chéo khác nhau và trùng hợp ghép tinh bột với các polyme tổng hợp [32, 33, 34,

42, 43, 44] Sự biến đổi cation liên quan đến phản ứng của các phân tử tinh bột có chứa các nhóm amoni bậc ba và bậc hai, imino, amino, sulfuric và photphat phản

11 ứng với các nhóm hydroxyl của tinh bột Nó cải thiện hằng số điện môi của hạt tinh bột Có tầm quan trọng lớn trong ngành dệt may như là một chất phụ gia, trong ngành giấy và mỹ phẩm do chi phí thấp, phân hủy nhanh và khả dụng sinh học Liên kết ngang là cơ chế tương tác cộng hóa trị giữa các phân tử tinh bột Các chất phản ứng được sử dụng để tạo thành chất đồng trùng hợp trong tinh bột là natri trimetaphosphate, natri tripyrophosphate, epichlorohydrin và phosphoryl clorua Biến tính bằng phương pháp hóa học cũng được báo cáo có khả năng biến đổi tinh bột để tạo thành các sản phẩm đông lạnh trong ngành công nghiệp thực phẩm và cũng được sử dụng để sản xuất nhựa do đặc tính kháng [34] Cơ chế bổ sung nhóm acetyl khan hoặc vinyl axetat với sự có mặt của natri hydroxit và kali hydroxit vào hạt tinh bột tự nhiên được gọi là quá trình este hóa Tinh bột axetyl hóa có tầm quan trọng lớn ở cấp độ công nghiệp như chất làm đặc, chất ổn định, chất kết dính và chất đóng gói [45]

Tóm lại:

Các phương pháp biến tính vật lý và hóa học nhằm cải thiện chức năng của tinh bột để sử dụng cho các mục đích khác nhau, trong khi những biến đổi cũng có thể dẫn đến những hạn chế trong việc sử dụng Việc lựa chọn phương pháp biến tính phụ thuộc vào thuộc tính chức năng và khả năng phản ứng của tinh bột là rất cần thiết và phụ thuộc vào những yêu cầu cụ thể

Biến tính tinh bột bằng các phương pháp vật lý được phát hiện có ảnh hưởng đến các thông số như cấu trúc cũng như đặc tính vật lý và chức năng bao gồm

độ kết tinh, tính chất bề mặt, độ hòa tan, độ nhớt, khả năng trương nở, tính chất nhão, hồ hóa, độ ổn định nhiệt và đông lạnh

Biến tính tinh bột bằng phương pháp hóa học có ảnh hưởng đến cấu trúc phân

tử và khả năng phản ứng của tinh bột do bổ sung các nhóm chức mới, suy thoái cấu trúc cao phân tử, oxy hóa bởi các gốc tự do hoặc liên kết ngang của các phân tử tinh bột Sự thay đổi độ phân cực do sự tiếp xúc của các nhóm chức phản ứng và sự gia tăng mức độ thay thế và liên kết chéo giữa các phân tử dẫn đến sự thay đổi khả năng phản ứng của tinh bột đối với nước, dầu, axit, enzyme

và các loại hóa chất khác

12

1.3 Tinh bột kháng tiêu hóa

1.3.1 Đặc điểm của tinh bột theo thuộc tính tiêu hóa

Tinh bột được chia thành ba loại dựa trên tốc độ và mức độ tiêu hóa [11, 44]:

Tinh bột tiêu hóa nhanh (RDS) là loại tinh bột được chuyển đổi nhanh trong vòng 20 phút thành các phân tử glucose nhờ quá trình tiêu hóa enzyme Nhiều RDS hơn trong thực phẩm sẽ có hại cho sức khỏe vì nó giải phóng glucose vào máu với tốc độ nhanh, làm tăng mức đường huyết và phản ứng insulin RDS có mối tương quan đáng kể với chỉ số GI

Tinh bột tiêu hóa chậm (SDS) là loại tinh bột được chuyển hóa thành glucose sau 120 phút tiêu hóa bằng enzyme SDS là một loại tinh bột vô định hình không thể tiếp cận được về mặt vật lý, mất nhiều thời gian để tiêu hóa và được tiêu hóa hoàn toàn ở ruột non Thực phẩm giàu SDS cũng như thực phẩm có GI thấp đều mang lại những lợi ích sức khỏe tương tự Những thực phẩm như vậy làm chậm sự xuất hiện của hội chứng chuyển hóa, tiểu đường và các bệnh tim mạch Quá trình thoái hóa của amylopectin bị phân nhánh một phần sau khi xử lý bằng isoamylase tạo ra SDS

Tinh bột kháng tiêu hóa (RS), thuật ngữ “tinh bột kháng tiêu hóa” được đặt

ra bởi Englyst và cs (1982) để mô tả một phần nhỏ tinh bột chống lại quá trình thủy phân bằng cách xử lý α-amylose và pullulanase trong ống nghiệm Tinh bột RS chống lại quá trình tiêu hóa, hấp thu ở ruột non và được lên men ở ruột kết Khi so sánh với RDS và SDS, RS không bị thủy phân thành glucose ở ruột non trong vòng

120 phút sau khi được tiêu hóa Tỷ lệ amylose/amylopectin ảnh hưởng đến tính chất kháng của tinh bột Quá trình tiêu hóa amylose chậm và amylopectin nhanh sau khi thoái hóa Tinh bột RS là một phân tử tuyến tính của α-1,4-D-glucan và chủ yếu có nguồn gốc từ amylose thoái hóa trong thực phẩm giàu tinh bột khi nấu chín

Tinh bột kháng tiêu hóa có nhiều tác dụng sức khỏe, bao gồm khả năng hỗ trợ sự cân bằng của vi khuẩn đường ruột, tăng cường kiểm soát đường huyết (glycemic) và giảm nguy cơ mắc một số bệnh mãn tính như bệnh tim mạch và đái tháo đường type 2 Chúng không gây tăng đường huyết đột ngột, làm chậm quá

13 trình tiêu hóa và có thể giúp kiểm soát cân nặng Tinh bột kháng tiêu hoá cung cấp một nguồn chất xơ hòa tan có thể lên men, làm tăng sản xuất các axit béo chuỗi ngắn như butyrate, acetate và propionate trong ruột Các axit béo này có vai trò quan trọng trong việc nuôi dưỡng tế bào ruột và có thể giúp bảo vệ chống lại bệnh viêm và ung thư đường ruột

1.3.2 Cấu trúc và phân loại tinh bột kháng tiêu hóa (RS)

1.3.2.1 Cấu trúc của tinh bột kháng tiêu hóa

Tinh bột kháng tiêu hóa có cấu trúc là các phân tử mạch thẳng chứa glucan, chủ yếu được hình thành từ sự thoái hóa của amylose và có trọng lượng phân tử tương đối thấp (1,2 x 105 Da).Tính kháng của tinh bột không chỉ phụ thuộc vào một yếu tố duy nhất mà bị ảnh hưởng bởi nhiều yếu tố như kích thước hạt, hình dạng, hàm lượng amylose, độ kết tinh và kích thước các lỗ trong hạt [47]

α-1,4-D-Hình 1.3 Mô phỏng cấu trúc của các loại tinh bột kháng tiêu hóa [48]

Theo Shen và cs (2022) thì cấu trúc của 5 loại tinh bột kháng tiêu hoá được

mô phỏng (Hình 1.3) như sau: Tinh bột kháng tiêu hoá loại RS1 (RS1) là một loại

14

RS không thể tiếp cận được với quá trình tiêu hóa, các hạt tinh bột được bao bọc bởi thành tế bào hoặc các mô ngăn cản sự tiếp xúc và phản ứng với amylose; Tinh bột kháng tiêu hoá loại RS2 (RS2): Hạt tinh bột tự nhiên có cấu trúc tinh thể nhỏ gọn, tương đối mất nước, tinh bột RS2 được nén chặt theo dạng xuyên tâm trong các hạt tinh bột thô; Tinh bột RS3: Tinh bột thoái hóa chủ yếu được hình thành thông qua quá trình hồ hóa và thoái hóa trong quá trình chế biến và sản xuất thực phẩm; Tinh bột kháng tiêu hoá loại RS4 (RS4): Tinh bột biến đổi về mặt hóa học tạo ra các liên kết hóa học mới bằng cách thay thế, este hóa hoặc liên kết ngang; Tinh bột kháng tiêu hoá loại RS5 (RS5): Là một loại RS mới tạo thành phức hợp amylose và lipid, thường được tạo ra trong các loại ngũ cốc có hàm lượng tinh bột amylose cao [48]

1.3.2.2 Phân loại tinh bột kháng tiêu hóa

Tinh bột kháng tiêu hóa được phân thành 05 loại (RS1, RS2, RS3,RS4, RS5) [46, 47, 49, 50]:

RS1: Là một loại tinh bột không thể tiếp cận với enzyme tiêu hóa do các rào cản hình thành bởi thành tế bào và ma trận protein Loại RS1 thường được tìm thấy trong ngũ cốc, đậu đỗ và một số thực phẩm giàu tinh bột RS1 có thể được sử dụng như một thành phần trong nhiều loại thực phẩm do khả năng ổn định nhiệt của nó.RS1 không thể tiếp cận được để tiêu hóa về mặt vật lý do nó bị giữ lại trong hạt và

do sự tồn tại của thành tế bào nguyên vẹn trong ngũ cốc, hạt hoặc củ Chỉ có quá trình nghiền/xay thích hợp mới có thể làm cho RS1 được tiêu hóa hoàn toàn ở ruột non Tính chất ổn định nhiệt làm RS1 không bị biến đổi trong quá trình nấu thông thường

RS2: Các hạt tinh bột tự nhiên được bảo vệ khỏi quá trình tiêu hóa do cấu trúc/hình dạng của chúng được gọi là RS2 Khoai tây sống và chuối xanh đều chứa loại tinh bột này Trong các hạt tinh bột thô, tinh bột RS2 được đóng gói chặt chẽ theo mô hình xuyên tâm, có cấu trúc tinh thể với độ kết tinh cao và cấu trúc nhỏ gọn nên không thể tiếp cận với các enzyme tiêu hóa và do đó amylose ít bị thủy phân

Cả RS1 và RS2 đều cho thấy quá trình tiêu hóa chậm và không đầy đủ ở ruột non

15 RS3: Tinh bột biến tính vật lý được gọi là RS3 RS3 được hình thành trong quá trình chế biến thực phẩm bằng xử lý nhiệt và về cơ bản là tinh bột thoái hóa hay

là amylose thoái hóa hoặc kết tinh lại được tìm thấy trong quá trình nấu tinh bột hồ hóa và trong thực phẩm tinh bột nấu chín được bảo quản ở nhiệt độ thấp hoặc nhiệt

độ phòng Tinh bột RS3 có khả năng chịu nhiệt cao và được sử dụng như một thành phần trong nhiều loại thực phẩm thông thường RS3 là loại tinh bột kháng tiêu hoá quan trọng về mặt dinh dưỡng và có chất lượng tốt do khả năng giữ nước cao so với tinh bột dạng hạt Trong quá trình hình thành RS3, hạt tinh bột được hydrat hóa hoàn toàn Amylose sau đó liên kết lại với nhau dưới dạng các polymer cuộn ngẫu nhiên Khi làm mát, các chuỗi polymer này bắt đầu kết nối lại thành cấu trúc xoắn kép, được ổn định bởi các liên kết hydro Do đó, hầu hết các loại thực phẩm đã qua

xử lý nhiệt ẩm và làm nguội đều có chứa một lượng RS3 nhất định Trong quá trình này, sự hình thành số lượng lớn các xoắn kép trong phân tử amylose và sự phân nhánh nhiều của các chuỗi amylopectin tạo nên cấu trúc kết tinh hoàn hảo, giúp chúng kháng lại sự tiêu hóa bởi enzyme RS3 là loại tinh bột kháng tiêu hóa bền nhiệt nhất và có tính kháng tiêu hóa cao nhất trong ba loại tinh bột kháng vừa nêu Các phương pháp biến tính khác nhau có thể thay đổi cấu trúc của RS3, dẫn đến các tính chất không giống nhau ở sản phẩm cuối cùng

RS4: Tinh bột biến đổi hóa học được gọi là RS4 RS4 là một nhóm tinh bột

mà khả năng tiêu hóa bị giảm do các quá trình hóa học như ete hóa, este hóa hoặc liên kết chéo với hóa chất Biến đổi hóa học chủ yếu liên quan đến chuyển đổi, thay thế và liên kết chéo Trong quá trình biến đổi hóa học, khả năng tiếp cận của enzyme với tinh bột bị chặn lại do sự hình thành các liên kết không điển hình làm giảm khả năng tiêu hóa của nó bởi các enzyme thủy phân Độ bền của tinh bột acetyl hóa và hydroxypropyl hóa tỷ lệ thuận với mức độ thay thế Mức độ kháng của RS4 tỷ lệ thuận với mức độ biến đổi hóa học Cấu trúc cũng như thành phần của hạt tinh bột bị thay đổi trong quá trình biến đổi hóa học, từ đó làm tăng khả năng kháng enzyme phân giải tinh bột RS4 có tính kháng nổi trội nhưng vấn đề cần quan tâm khi sử dụng chúng là tồn dư hóa chất trong sản phẩm

16 RS5 là loại tinh bột kháng tiêu hoá không phải hoàn toàn do cấu trúc của tinh bột mà do khả năng liên kết tạo phức giữa amylose và lipid Khi tạo phức với lipid, chuỗi amylose mạch thẳng tạo thành một cấu trúc xoắn đơn với lipid hiện diện bên trong khoang trung tâm Cấu tạo này ảnh hưởng đến khả năng hút nước và giải phóng của phân tử amylopectin, hạn chế sự trương nở, hồ hóa của các hạt tinh bột,

do đó cản trở quá trình thủy phân bằng enzyme Chúng có thể được hình thành trong quá trình chế biến nhiệt các loại thực phẩm hoặc có thể được tạo ra một cách nhân tạo bằng cách thêm chất béo khi biến đổi tinh bột

1.3.3 Cơ chế hình thành tinh bột kháng tiêu hóa (RS3)

1.3.3.1 Nguyên tắc chung

Các phương pháp để sản xuất tinh bột kháng tiêu hóa RS3 tùy theo đặc tính nguyên liệu thường được tiền xử lý bằng các kỹ thuật khác nhau, tiếp theo là các quá trình xử lý cơ nhiệt, cơ lý khác RS3 chính là tinh bột thoái hóa (retrogradated) hoặc tái kết tinh (recrystallized) Để tạo RS3 từ các hạt tinh bột tự nhiên, các hạt tinh bột cần được hồ hóa và sau đó là thoái hóa Trong quá trình hồ hóa, các hạt tinh bột bị phá vỡ từ từ và không thể đảo ngược Nhiệt độ hồ hóa có ảnh hưởng quan trọng đến năng suất tạo RS3 Sự hình thành RS3 bằng hấp nhiệt có thể bị ảnh hưởng bởi hàm lượng, thời gian và nhiệt độ xử lý, cũng như độ dài mạch Xử lý nhiệt ẩm bằng hấp nhiệt đã được sử dụng để làm tăng cường hàm lượng RS3 Sự hình thành đẳng nhiệt của tinh bột RS3 thuận lợi ở 100°C, với nhiệt độ tối ưu trong khoảng từ 134°C đến 145°C [51, 52]

Sự thoái hóa tinh bột chủ yếu gồm thoái hóa ngắn hạn của amylose và thoái hóa dài hạn của amylopectin Trong quá trình thoái hóa, các phân tử tinh bột sắp xếp lại và tạo cấu trúc chặt chẽ nhờ các liên kết hydro Sự hình thành RS3 không chỉ phụ thuộc vào bản chất nguyên liệu (hàm lượng amylose, độ dài mạch amylose),

mà còn phụ thuộc vào các thông số xử lý nhiệt ẩm để hồ hóa (nhiệt độ, thời gian, độ đặc của tinh bột) và quá trình ủ bột để thoái hóa sau đó (thời gian, nhiệt độ của gel) [51, 52]

17

1.3.3.2 Cơ chế tác động của enzyme đến cấu trúc và chức năng của tinh bột

Hình 1.4 Cơ chế tác động của enzyme đến cấu trúc để cải thiện

chức năng của tinh bột [53]

Có nhiều loại enzyme tham gia vào việc biến đổi cấu trúc amylose hoặc

amylopectin để tạo ra những sản phẩm mới với các hoạt tính và chức năng khác

nhau Các enzyme chuyển hóa tinh bột được phân loại thành glycosyl hydrolase

(EC 3.2.1.X), xúc tác quá trình thủy phân hoặc sắp xếp lại các liên kết glycosidic và

glycosyl transferase (EC 2.4.XY), xúc tác cho sự hình thành các liên kết glycosidic

mới Glycosyl hydrolase có khả năng phá vỡ các liên kết glycosidic trong tinh bột

thông qua việc cắt đứt các liên kết α-1,4 glycosidic hoặc α-1,6 glycosidic, sau đó tái

tạo các liên kết mới, tái cấu trúc phân tử tinh bột và tạo ra các oligosaccharide mới

hoặc các dạng tinh bột kháng tiêu hoá Glycosyl transferase không tham gia vào

việc phá vỡ các liên kết glycosidic trong tinh bột Thay vào đó, glycosyl transferase

xúc tác cho sự chuyển nhóm glycosyl từ một phân tử cho (như nucleotide-sugar)

sang một phân tử nhận (có thể là một carbohydrate khác, lipid, hoặc protein) Quá

18 trình này tạo ra các liên kết glycosidic mới mà không phân cắt các liên kết hiện có [53]

Skamma và cs (2024), đã đưa ra một số enzyme và tác dụng của nó đến sự thủy phân tinh bột như: α-amylase có thể thủy phân ngẫu nhiên các liên kết α-1,4-glycosidic trong chuỗi polysaccharide, làm giảm kích thước các phân tử tinh bột và

độ nhớt của dung dịch hồ tinh bột; β-amylase có khả năng thủy phân liên kết glycosidic từ đầu không khử để giải phóng các phân tử maltose, rút ngắn chiều dài chuỗi polysaccharide Tuy nhiên, β-amylase không thể thủy phân các liên kết α-1,6-glycosidic, do đó không làm tăng mật độ nhánh mà chỉ tạo ra các đoạn ngắn hơn của chuỗi chính; Glucoamylase có khả năng cắt liên kết α-1,4-glycosidic từ đầu không khử và cũng có thể thủy phân các liên kết α-1,6-glycosidic; Pullulanase xúc tác quá trình thủy phân các liên kết α-1,6-glycosidic trong amylopectin, oligosaccharide và pullulan [54]

α-1,4-Hình 1.5 biểu thị cơ chế tác động của một số enzyme chính tham gia vào quá trình thuỷ phân tinh bột:

Hình 1.5 Sơ đồ hoạt động của các enzyme thủy phân tinh bột [55]

19 Trong đó, cơ chế hoạt động của các loại enzyme cho thấy:

a) Enzyme α-amylase

Enzym α-amylasecó khả năng cắt liên kết α-1,4-glycosidic trong tinh bột và glycogen Cơ chế tác động của α-amylase bao gồm việc phân giải các polysaccharide thành các oligosaccharide như maltose và glucose Enzyme α-amylase cắt ngẫu nhiên các liên kết α-1,4-glycosidic dọc theo chuỗi polysaccharide Đặc biệt, α-amylase không thể cắt các liên kết α-1,6-glycosidic, vì vậy không tác động lên các nhánh của amylopectin [55]

Enzyme β-amylase có khả năng cắt các liên kết α-1,4-glycosidic từ đầu không khử của polysaccharide, giải phóng các phân tử maltose Khác với α-

amylase, enzyme β-amylase chỉ cắt từ đầu không khử và cũng không thể cắt các liên

kết α-1,6-glycosidic, do đó không phá vỡ các nhánh của amylopectin Enzyme này hoạt động theo cơ chế loại bỏ từng đơn vị maltose từ chuỗi polysaccharide, làm cho quá trình thủy phân diễn ra theo từng bước liên tục [55]

c) Enzyme glucoamylase

Enzyme glucoamylase, còn được gọi là amyloglucosidase chuyên cắt các liên kết α-1,4-glycosidic từ đầu không khử và α-1,6-glycosidic trong tinh bột và glycogen để giải phóng glucose Tuy nhiên, trong quá trình thủy phân tinh bột enzyme này cắt các liên kết α-1,4-glycosidic và α-1,6-glycosidic từ đầu không khử của polysaccharide, quá trình này thường chậm hơn so với các enzyme khác vì nó phải hoạt động từng bước, từ đầu chuỗi đến cuối chuỗi, điều này làm giảm tốc độ tổng thể của quá trình thủy phân tinh bột [55]

d) Enzyme pullulanase

Enzyme pullulanase là một enzyme thuộc nhóm enzyme khử nhánh, có khả năng cắt các liên kết α-1,6-glycosidic trong tinh bột và các polysaccharide khác như pullulan Đây là một loại enzyme đặc hiệu, tác động lên các liên kết α-1,6-glycosidic trong amylopectin, phá vỡ các nhánh để giải phóng các chuỗi amylose dài hơn Quá trình này giúp chuyển đổi cấu trúc tinh bột phức tạp thành các phân tử

20

dễ dàng bị phân giải bởi các enzyme khác như α-amylase và glucoamylase Cơ chế

này rất quan trọng trong việc thủy phân tinh bột để sản xuất các sản phẩm có giá trị

như bột kháng tiêu hóa Enzyme pullulanase phá vỡ các nhánh trong amylopectin,

tạo điều kiện thuận lợi cho quá trình tinh bột kết tinh lại thành cấu trúc tinh bột RS3

sau khi làm lạnh, làm tăng hàm lượng RS3 trong sản phẩm cuối cùng [55, 56]

1.3.3.3 Sự hình thành tinh thể và cơ chế tạo tinh bột kháng tiêu hóa RS3

Khi hỗn hợp dịch tinh bột - nước bị thoái hóa, sẽ thu được một hệ polyme kết

tinh một phần Quá trình thoái hóa tinh bột có thể được coi là sự kết tinh trong một

mạng lưới vô định hình Quá trình kết tinh gồm ba bước: Tạo mầm là sự hình thành

các nhân quan trọng; Phát triển là sự tăng trưởng của các tinh thể từ các nhân hình

thành; Trưởng thành là sự tăng trưởng chậm liên tục của các tinh thể hoặc sự tăng

trưởng đến kích thước ổn định [57]

Hình 1.6 Ảnh hưởng của nhiệt độ đến tốc độ tạo mầm, phát triển mạng tinh thể

và kết tinh tổng thể [58]

Quan sát Hình 1.6 cho thấy tỷ lệ kết tinh tổng thể phụ thuộc vào nhiệt độ Tỷ

lệ tạo mầm bằng 0 ở nhiệt độ nóng chảy của tinh thể (Tm) Tỷ lệ này tăng lên khi

tăng mức độ làm nguội (Tm - T) hoặc giảm nhiệt độ Ở nhiệt độ dưới nhiệt độ

chuyển thủy tinh (Tg), tỷ lệ tạo mầm là không đáng kể, cho thấy hệ thống bị đóng

băng Tốc độ phát triển nhân tinh thể giảm đến 0 khi T < Tg vì sự phân tán của phân

21

tử không xảy ra ở nhiệt độ đóng băng Khi tăng nhiệt độ thì sự khuếch tán của phân

tử tăng và do đó tốc độ phát triển cũng gia tăng Ở nhiệt độ trên Tm, tốc độ phát triển là 0 Tốc độ trưởng thành phụ thuộc yếu vào nhiệt độ và chủ yếu vào tốc độ tạo mầm và sự phát triển của nhân Đối với quá trình thoái hóa tinh bột, cơ chế kết tinh của amylose và amylopectin có thể đảo ngược về nhiệt trên nhiệt độ Tg Tốc độ kết tinh nhanh hơn ở nhiệt độ gần Tg và tốc độ đạt đến tối đa ở nhiệt độ giữa Tg và

Tm theo lý thuyết kết tinh polyme [58]

Theo Eerlingen và cs (1995), hiệu suất tinh bột kháng tiêu hoá phụ thuộc rất nhiều vào thời gian và nhiệt độ lưu trữ sau hấp nhiệt Sự hình thành mầm tinh thể (nucleation) được cho là thích hợp ở nhiệt độ thấp cách xa nhiệt độ nóng chảy của các tinh thể amylose (khoảng 150oC) nhưng cao hơn nhiệt độ chuyển thủy tinh (khoảng 5oC), trong khi sự phát triển tinh thể lại bị hạn chế ở điều kiện này Tuy nhiên, ở nhiệt độ xa nhiệt độ chuyển thủy tinh nhưng thấp hơn nhiệt độ nóng chảy thì thuận lợi cho sự phát triển của nhân tinh thể, trong khi sự hình thành mầm lại bị hạn chế Khi ủ ở nhiệt độ cao (100oC), cấu trúc tinh thể dạng A sẽ hình thành khi thời gian ủ vài giờ, mặt khác nếu ủ ở nhiệt độ thấp (0oC và 6oC) sự hình thành của dạng B sẽ xuất hiện Sự kết tinh của các phần tinh bột kháng tiêu hoá sẽ tăng lên khi thời gian ủ gel tinh bột tăng lên [59]

1.4 Tổng quan các công trình nghiên cứu về sản xuất tinh bột RS3

1.4.1 Tổng hợp các công nghệ biến tính tinh bột bằng phương pháp vật lý

Bảng 1.1 tổng hợp các kết quả nghiên cứu sử dụng một số phương pháp vật

lý để biến tính cấu trúc làm thay đổi tính chất của tinh bột nhằm cải thiện chức năng ứng dụng khác nhau

Bảng 1.1 Phương pháp biến tính bằng các kỹ thuật vật lý đến sự thay đổi cấu trúc

Thay đổi tính chất tinh bột

Tài liệu tham khảo

1 Biến đổi nhiệt

Nhiệt độ ấm

(sấy trong tủ

sấy)

Làm nóng tinh bột ở nhiệt độ

Gây ra những thay đổi nhỏ trong cấu trúc tinh

Không có ảnh hưởng đáng kể đến tính chất

cơ lý của tinh bột

[28]

Thay đổi tính chất tinh bột

Tài liệu tham khảo

thấp (45 - 65°C)

amylopectin/amylose Tinh bột sắn biến

Nhiệt độ cao Đun nóng

tinh bột ở nhiệt độ tương đối cao (180 -220°C)

Phá hủy các hạt tinh bột tự nhiên, làm suy giảm cấu trúc phân tử

và làm giảm mức độ kết tinh của tinh bột

Cải thiện tính chất hồ hóa và pasting của

Xử lý thủy

nhiệt

Đun nóng tinh bột trong môi trường nước

Gây ra sự tái tổ chức vật lý của hạt tinh bột

Cải thiện kích thước hạt, tính di động và tính ổn định giúp tinh bột có thể được tiêu hóa dễ dàng bởi amylose Cải thiện tính chất hồ hóa của tinh bột

[61]

Xử lý nhiệt ẩm Ứng dụng

nhiệt khi

có độ ẩm hạn chế:

22 -27%

và nhiệt độ cao trên nhiệt độ chuyển hóa thủy tinh: 100 - 120°C trong khoảng thời gian xác định: 1

- 24 giờ

Dẫn đến sự thay đổi về kích thước, hình dạng, cấu trúc dạng hạt và tinh thể của tinh bột

Gây ra sự chuyển đổi một phần hoặc hoàn toàn tinh bột kết tinh loại B thành loại A

Gây ra sự phá vỡ cấu trúc xoắn ốc trong vùng vô định hình của hạt tinh bột, gây ra sự phân hủy phân tử của tinh bột và làm tăng mức độ phân cực

Làm giảm tác động đến amylose, độ nhớt cực đại, khả năng trương nở và tăng cường khả năng hòa tan, độ ổn định nhiệt, nhiệt độ hồ hóa, nhiệt độ pasting, thời gian tạo pasting , tính chất tương tác và tính nhạy cảm của tinh bột trước sự tấn công hóa học và enzyme (α-amylose

và thủy phân axit)

Cải thiện độ kết tinh dạng hạt và hình thái

bề mặt

Xử lý vi sóng cải thiện khả năng giữ nước và dầu, hoạt động nhũ hóa, khả

[26, 67]

Thay đổi tính chất tinh bột

Tài liệu tham khảo

ẩm và nhiệt độ khác nhau

để tác động đến hằng số điện môi của tinh bột

năng trương nở, độ hòa tan và khả năng tạo gel Làm tăng nhiệt độ pasting và

độ nhớt của pasting, làm giảm độ nhớt đỉnh và độ hồ hóa cũng như mức độ kết tinh tương đối của tinh bột

Bức xạ tia cực

tím (UV)

Hạt tinh bột tiếp xúc với tia

Xử lý bằng tia cực tím ảnh hưởng đến các tính chất vật lý, hóa học và chức năng của tinh bột

[68]

Bức xạ gamma Sự tiếp

xúc của các hạt tinh bột với các liều bức xạ gamma năng lượng cao khác nhau

Chiếu xạ gamma gây

ra sự đứt gãy chuỗi amylopectin ở vùng vô định hình và làm giảm

tỷ lệ amylopectin và amylose Gây ra quá trình phân giải phóng

xạ và khử polyme hóa tinh bột

Việc tiếp xúc với bức

xạ gamma làm giảm

độ nhớt pasting và sự thay đổi entanpi của tinh bột, trọng lượng phân tử và bán kính hồi chuyển của amylopectin (kích thước trung bình và

độ phân nhánh của amylopectin) Làm tăng tính nhạy cảm của tinh bột đối với amylose, cải thiện các đặc tính lưu biến như độ nhớt hồ hóa, khả năng trương nở

để thay đổi

độ pH của môi trường

Độ pH cao làm phân hủy một phần các hạt tinh bột với sự giảm kích thước mol và bán kính hồi chuyển Độ

pH thấp dẫn đến thủy phân tinh bột, đặc biệt

là ở vùng vô định hình của hạt và làm giảm

Tăng độ pH sẽ cải thiện khả năng hòa tan, khả năng trương

nở và đặc tính nén

Xử lý pH thấp cải thiện tính chất gel hóa của tinh bột

[36, 70]

Thay đổi tính chất tinh bột

Tài liệu tham khảo

trọng lượng phân tử của tinh bột

Xử lý bằng áp

suất cao

Xử lý tinh bột dưới

áp suất <

400 MPa

Tạo ra áp lực và tác động phụ thuộc vào thời gian lên cấu trúc

vi mô của tinh bột

Làm tan chảy tinh thể amylopectin và mất khả năng lưỡng chiết

Xử lý áp suất tạo ra thay đổi về tính chất lưu biến của tinh bột, làm tăng độ cứng, độ dai và cải thiện độ bền khi đông lạnh-rã đông của gel tinh bột

Làm tăng độ trương

nở của hạt tinh bột

và hạn chế sự hao hụt amylose, giảm nhiệt độ hồ hóa

Làm giảm entanpy

hồ hóa và khả năng lưỡng chiết dưới ánh sáng phân cực

[25]

bột bằng sóng siêu

âm

Làm biến dạng các hạt tinh bột

Làm tăng độ hòa tan,

độ nhớt và khả năng trương nở của hạt và làm giảm khả năng kết dính và khả năng tiêu hóa của tinh bột

Làm tăng nhiệt độ hồ hóa và entanpy và giảm độ hòa tan

[67]

khi có hàm lượng nước trung gian (40 - 50% w/w) hoặc lượng nước lớn hơn 65% ở nhiệt độ thấp hơn nhiệt độ bắt đầu hồ hóa

Tăng sự tương tác giữa

amylopectin, amylose và sự hoàn hảo của tinh thể Tăng cường tính di động của các đoạn chuỗi xoắn kép trong hạt, cho phép kết tinh lại, tái cấu trúc hoặc cả hai chuỗi tinh bột sau đó, tăng cường trật tự phân

amylose-tử và mang lại sự đồng nhất hơn giữa các tinh thể

Giảm quá trình lọc

và trương nở của amylose trong hạt, đồng thời tăng nhiệt

độ hồ hóa ổn định nhiệt và tính nhạy cảm với α-amylose

[63, 65]

Thay đổi tính chất tinh bột

Tài liệu tham khảo

Đông lạnh Đông lạnh

tinh bột ở nhiệt độ rất thấp (dưới 0)

Rối loạn cấu trúc thuận nghịch của hạt tinh bột,

Gây ra sự thay đổi về kết cấu và đặc tính

hồ hóa và tăng sự thoái hóa

[65]

Xử lý rã đông

Gia nhiệt tinh bột ở nhiệt độ cao (59 - 79°C) bằng đông lạnh và rã đông

Sự gia tăng số chu kỳ

rã đông tự do sẽ làm thay đổi mô đun phức tạp và góc pha của tinh bột

Ảnh hưởng đến tính chất lưu biến của tinh bột Tăng khả năng trương nở, độ nhớt và độ ổn định nhiệt của tinh bột

Nó cũng ảnh hưởng đến tính chất bề mặt của hạt tinh bột

Xử lý ủ nhiệt-độ ẩm dẫn đến phá vỡ cấu trúc tinh thể

Cả hai phương pháp xử

lý đều thúc đẩy phá vỡ tinh thể và dẫn đến giảm độ kết tinh tương đối Sau này cũng dẫn đến hình thái bề mặt không đều và sự phân hủy hạt

Cả hai đều làm tăng

độ nhớt pasting

Từ tổng hợp tại Bảng 1.1 cho thấy:

Công nghệ sản xuất tinh bột kháng tiêu hoá bằng các phương pháp vật lý khác nhau nhằm cải tiến tính chất của tinh bột, biến đổi từ dạng tinh bột tiêu hóa nhanh thành tinh bột RS3 mang lại lợi ích cho sức khỏe đường ruột và hỗ trợ kiểm soát lượng đường trong máu Phương pháp biến tính vật lý là một trong những kỹ thuật được ưa chuộng do tính an toàn, hiệu quả và thân thiện với môi trường

Trong thực tế, để đạt được hiệu quả cao nhất trong sản xuất tinh bột RS3, các nhà sản xuất thường kết hợp nhiều phương pháp vật lý (biến đổi nhiệt, biến đổi không nhiệt) hoặc kết hợp với xử lý bằng enzyme nhằm nâng cao hiệu quả của quá trình tạo RS3 so với khi áp dụng từng phương pháp riêng lẻ

1.4.2 Công nghệ thủy phân enzyme trong sản xuất tinh bột RS3

Theo Choton và cs (2024) và Vitolo Michele (2020): Quá trình sản xuất tinh bột kháng tiêu hóa bằng phương pháp thủy phân bằng enzyme được xem là một kỹ thuật hiệu quả bởi tính ổn định và khả năng điều chỉnh dễ dàng Các enzyme sử dụng trong quá trình này chủ yếu là amylase, glucoamylase và pullulanase có khả năng phá vỡ các liên kết glycosidic trong phân tử tinh bột để tạo ra các dạng tinh bột có cấu trúc khác nhau Amylase là một trong những enzyme thường được sử dụng trong công nghệ thủy phân tinh bột, tuy nhiên enzyme này không thể phá vỡ hoàn toàn liên kết α-1,6 glycosidic của amylospectin trong tinh bột gạo Trong khi

đó enzyme pullulanase có tác dụng hơn trong việc thủy phân các điểm liên kết cụ thể trong amylopectin, chúng phá hủy liên kết α-1,6-glycosidic, tạo ra các chuỗi dextrin gián đoạn có đặc tính kháng tiêu hóa cao hơn [54, 71]

Liu và cs (2022), nghiên cứu tối ưu hóa quá trình sản xuất tinh bột kháng tiêu hoá từ ngô bằng phương pháp biến đổi enzyme kép (α-amylase và pullulanase) sử dụng phương pháp mô hình bề mặt cho thấy các điều kiện tối ưu để làm tăng hàm lượng RS là: nồng độ enzyme α-amylase 0,28%, nồng độ enzyme pullulanase 1,2%, nồng độ cơ chất 15% (w/v) thời gian thuỷ phân 35 phút, hàm lượng RS thu được tăng từ 1,14% (trong mẫu nguyên liệu) lên 10,75% Pullulanase thủy phân các liên

27 kết α-1,6-glycosid trong amylopectin của tinh bột tự nhiên, dẫn đến sự phá vỡ các chuỗi xoắn kép và làm mất cấu trúc tinh thể loại A đặc trưng [74]

Lu và cs (2018) đã sử dụng enzyme pullulanase kết hợp với xử lý siêu âm trong quá trình tiền xử lý tinh bột đậu Hà Lan Kết quả cho thấy, khi sử dụng pullulanase ở nồng độ 2,67%, nhiệt độ thủy phân 50oC, pH 5,2 kết hợp với xử lý siêu âm (biên độ 100% ở chế độ xung, bật 1 phút sau đó tắt 9 phút) trong 6 giờ đã làm giảm RDS từ 72% xuống 56%, trong khi đó hàm lượng SDS tăng từ 5% lên 18% và RS tăng từ 23% lên 26% [75]

Babu và cs (2016) nghiên cứu cho thấy, mức độ tách nhánh bằng enzyme của tinh bột khoai lang sử dụng pullulanase 2%, thủy phân trong 1 giờ là 3,70% Hàm lượng amylose trong mẫu thủy phân tách nhánh (dao động từ 25,77% đến 25,95%)

là cao hơn so với mẫu nguyên liệu (18,56%) Hàm lượng RS ở các mẫu thủy phân bằng enzyme (dao động từ 18,71% đến 28,76%) cao hơn so với mẫu không thủy phân (13,52%) Sự gia tăng hàm lượng RS chủ yếu là do amylose tăng lên thông qua tách nhánh các phân tử amylopectin và tiếp theo là quá trình thoái hóa [76]

Zhang và cs (2011) nghiên cứu thủy phân tinh bột ngô bằng enzyme pullulanase đã xác lập được một số điều kiện tối ưu của quá trình với: nồng độ enzyme 1,2%, nồng độ cơ chất 5% (w/v), thời gian thuỷ phân 24 giờ; pH 5,0; nhiệt

độ 46oC, hàm lượng RS thu được là 32,1% [77]

Milasinovic và cs (2010) nghiên cứu về ảnh hưởng của quá trình thủy phân bằng enzyme pullulanase đến hàm lượng RS3 trong tinh bột ngô (ZP 434) cho thấy:

Ở điều kiện thuỷ phân có nồng độ pullulanase 2%, nồng độ cơ chất 20% (w/v), nhiệt độ 50oC, thời gian 11 giờ đã làm tăng hàm lượng RS3 từ 0,6% lên 25% [78]

Vatanasuchart và cs (2010) nghiên cứu sản xuất tinh bột kháng RS3 từ sắn bằng phản ứng thủy phân với enzyme pullulanase Kết quả cho thấy, điều kiện thích hợp để sản xuất RS3 của tinh bột sắn là pH 5,0, nồng độ pullulanase 10%, thời gian thủy phân từ 8 đến 24 giờ, làm nguội ở 4°C trong 24 giờ Tinh bột được xử lý ở pH 5,0 và thủy phân bằng pullulanase 10% trong 8, 16 và 24 giờ cho thấy có sự gia tăng đáng kể hàm lượng RS3, lần lượt là 41,2%, 45,8% và 42,5% so với tinh bột sắn