ảnh hưởng của tinh bột khoai mỡ thoái hóa lên khả năng giảm tình trạng thừa cân béo phì đái tháo đường loại 2 của động vật

THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINHBỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP NGÀNH CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM ẢNH HƯỞNG CỦA TINH BỘT KHOAI MỠ THOÁI HÓA LÊN KHẢ NĂNG GIẢM TÌN

THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP NGÀNH CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM

ẢNH HƯỞNG CỦA TINH BỘT KHOAI MỠ THOÁI HÓA LÊN KHẢ NĂNG GIẢM TÌNH TRẠNG THỪA CÂN BÉO PHÌ,

ĐÁI THÁO ĐƯỜNG LOẠI 2 CỦA ĐỘNG VẬT

GVHD:PGS TS TRỊNH KHÁNH SƠN

KS TRẦN HOÀNG VŨ SVTH: NGUYỄN THÀNH ĐẠT BÙI NGUYÊN KHÔI NGUYỄN NHƯ QUỲNH

S K L 0 1 3 1 6 0

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

KHOA CÔNG NGHỆ HÓA HỌC VÀ THỰC PHẨM

THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH 7/2024

LỜI CẢM ƠN

Thực tế cho thấy không có thành công nào tồn tại độc lập mà không liên quan đến sự

hỗ trợ và giúp đỡ, dù ít hay nhiều, trực tiếp hay gián tiếp Trong suốt thời gian chúng tôi học tập tại trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Thành phố Hồ Chí Minh, chúng tôi đã nhận được nhiều sự quan tâm và giúp đỡ từ quý thầy cô, gia đình và bạn bè

Đầu tiên, chúng tôi muốn gửi lời cảm ơn chân thành và tri ân sâu sắc đến quý thầy

cô tại khoa Công nghệ Hóa học và Thực phẩm Quý thầy cô đã tạo điều kiện cho chúng tôi học tập và thực hiện khóa luận tốt nghiệp Đặc biệt, chúng tôi muốn bày tỏ lòng biết ơn đến thầy PGS.TS Trịnh Khánh Sơn, người đã trực tiếp hướng dẫn và tận tình giúp đỡ chúng tôi trong suốt quá trình thực hiện khóa luận tốt nghiệp

Chúng tôi cũng muốn gửi lời cảm ơn đến các bạn cùng nhóm thầy Sơn, người đã hỗ trợ chúng tôi trong quá trình thực hiện thí nghiệm Cuối cùng, chúng tôi xin bày tỏ lòng biết

ơn sâu sắc đến gia đình và bạn bè, những người đã luôn quan tâm và động viên chúng tôi

Mặc dù trong đồ án của chúng tôi vẫn còn một số thiếu sót do hạn chế về trình độ hiểu biết, nhưng chúng tôi rất mong nhận được ý kiến đóng góp từ quý thầy cô và các bạn

để hoàn thiện hơn Chân thành cảm ơn!

MỤC LỤC LỜI CẢM ƠN iv MỤC LỤC xxx DANH MỤC HÌNH xxxiii DANH MỤC BẢNG xxxiv DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT xxxv TÓM TẮT KHÓA LUẬN xxxvi CHƯƠNG 1 MỞ ĐẦU 1

1.1.Tính cấp thiết và lý do hình thành đề tài 1

1.1.1 Các nghiên cứu trước 11.1.2 Các hạn chế của nghiên cứu trước 5

1.2.Mục đích nghiên cứu 51.3.Nội dung nghiên cứu 51.4.Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài 51.5.Đối tượng, phạm vi và giới hạn của đề tài 61.6.Bố cục của bài báo cáo 6

CHƯƠNG 2 TỔNG QUAN 7

2.1.Khoai mỡ và tinh bột khoai mỡ 7

2.2.Giới thiệu chung về tinh bột 8

2.2.1 Cấu trúc hóa học hạt tinh bột 8

2.2.2 Cấu trúc tinh thể hạt tinh bột 9

2.3.Các kỹ thuật biến tính tinh bột 9

2.6.Tổng quan về thí nghiệm in vivo 11

2.6.1 Giới thiệu 11

2.6.2 Giới thiệu về động vật thí nghiệm : 12

2.7.Môi trường thí nghiệm 122.8.Quy định trong tiến hành thí nghiệm in vivo 14

2.9.Chỉ số đường huyết của thực phẩm (GI) 15

2.10.Tổng quan về các chỉ số sinh hóa máu 16

2.11.Một số bệnh liên quan đến chế độ dinh dưỡng 16

2.11.1 Bệnh thừa cân béo phì (Overweight – Obesity) 16

2.11.2 Bệnh đái tháo đường loại 2 (Type 2 diabetes – T2D) 18

CHƯƠNG 3 VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP 21

3.1.Vật liệu 21

3.2.Phương pháp thu nhận tinh bột khoai mỡ 223.3.Phương pháp thoái hóa tinh bột 243.4.Phương pháp xác định mức độ thủy phân và chỉ số đường huyết in vitro (e.GI) 25

3.5.Sơ đồ thí nghiệm in vivo 27

3.6.Mẫu động vật thí nghiệm 27

3.7.Phương pháp xác định cỡ mẫu 283.8.Khẩu phần thức ăn 29

3.9.Các thao tác trên chuột 30

3.10.Phương pháp đo kiểm trên thí nghiệm in vitro và in vivo 32 3.10.1 Độ tiêu hoá in vitro 32

3.10.2 Phương pháp đo chỉ số đường huyết (i.GI) in vivo 33

3.10.3 Phương pháp đo chỉ số đường huyết khi đói (FPG) 34

3.10.4 Phương pháp đánh giá khả năng dung nạp glucose qua đường miệng (OGTT) 35

3.10.6 Chỉ số cân nặng 363.10.7 Thử nghiệm trên trục quay (rotarod test) 37

3.10.8 Phương pháp đánh giá hành vi và khả năng vận động (Locomotion) 383.11.Phương pháp xử lý thống kê 39

CHƯƠNG 4 KẾT QUẢ VÀ BÀN LUẬN 40

4.1.Độ tiêu hoá in vitro của bột 40

4.2.Mức độ thuỷ phân và chỉ số đường huyết in vitro (e.GI) 42

4.3.Chỉ số đường huyết in vivo (i.GI) của tinh bột khoai mỡ 44

4.4.Đường huyết khi đói (FPG) 454.5.Khả năng dung nạp glucose qua đường miệng (OGTT) 474.6.Thể trọng tăng thêm (Δm) và lượng calories tiêu thụ (CI) 494.7.Ảnh hưởng của tinh bột đến chỉ số sinh hoá 524.8.Kết quả phân tích mô gan, mô thận, mô mỡ và mô cơ 544.9.Hành vi và khả năng vận động của các nhóm động vật thí nghiệm 61

4.10.Phân tích khả năng vận động trên trục quay của các nhóm chuột 64

CHƯƠNG 5 KẾT LUẬN VÀ ĐỀ XUẤT 66 TÀI LIỆU THAM KHẢO 67 PHỤ LỤC 84

DANH MỤC HÌNH

Hình 3.1 Quy trình thu nhận tinh bột khoai mỡ 23Hình 3.2 Quy trình thoái hoá tinh bột 24

Hình 3.3 Sơ đồ thí nghiệm in vivo 27

Hình 3.4 Thao tác nhấc chuột ra khỏi lồng 31Hình 3.5 Thao tác kìm hãm chuột 32Hình 3.6 Thao tác truyền dịch vào dạ dày chuột 32Hình 3.7 Sơ đồ quy trình thực hiện đo chỉ số đường huyết 34Hình 3.8 Thiết bị thử nghiệm trên trục quay 38Hình 3.9 Bề mặt tiếp xúc của thanh bám 38Hình 3.10 Mô phỏng hành vi và khả năng vận động của chuột 39

Hình 4.1 Mức độ thủy phân các mẫu tinh bột dưới tác dụng của α-amylase 42

Hình 4.2 : Đường huyết của chuột khi sử dụng các loại tinh bột qua đường miệng 44Hình 4.3 Chỉ số đường huyết khi đói (FPG) 45

Hình 4.4 Khả năng dung nạp glucose qua đường miệng (OGTT) 47 Hình 4.5 Diện tích dưới đường cong đường huyết (AUC) 49

Hình 4.6 Thể trọng tăng thêm (Δm) của các nhóm thử nghiệm trong 8 tuần 51Hình 4.7 Lượng thức ăn tiêu thụ (g) của các nhóm thử nghiệm trong 8 tuần 51Hình 4.8 Năng lượng tiêu thụ tích lũy (CI) của các nhóm thử nghiệm trong 8 tuần 51

Hình 4.9 Giá trị FER tích lũy của các nhóm thử nghiệm trong 8 tuần 51 Hình 4.10 Cấu trúc vi phẫu mô mỡ của các nhóm chuột thí nghiệm ở tuần 8 56 Hình 4.11 Cấu trúc vi phẫu mô gan của các nhóm chuột thí nghiệm cuối tuần 8 57 Hình 4.12 Cấu trúc vi phẫu mô thận của các nhóm chuột thí nghiệm cuối tuần 8 59 Hình 4.13 Cấu trúc vi phẫu mô cơ Gastrocnemius (GA) của các nhóm chuột thí nghiệm cuối

tuần 8 60Hình 4.14 Đồ thị thể hiện tổng diện tích sợi cơ/thị trường quan sát và tổng số bó cơ Gastrocnemius của các nhóm chuột cuối tuần 8 61Hình 4.15 Đồ thị quãng đường đi được của các nhóm chuột thử nghiệm 62Hình 4.16 Quá trình di chuyển của các nhóm chuột thí nghiệm 63Hình 4.17: Tốc độ chạy (rpm) trên trục quay của các nhóm thử nghiệm 64Hình 4.18: Thời gian chạy (s) trên trục quay của các nhóm thử nghiệm 64

DANH MỤC BẢNG

Bảng 2.1 Đặc tính hoá lý của tinh bột khoai mỡ thu được bằng phương pháp chiết xuất kiềm

(Pérez et al., 2011) 8Bảng 3.1 Mã hóa mẫu 21Bảng 3.2 Thành phần hóa học của khoai mỡ (Phụ lục 2) 22Bảng 3.3 Thành phần khẩu phần ăn của các nhóm 29Bảng 3.4 Thành phần dinh dưỡng (g/100g) khẩu phần ăn của các nhóm thí nghiệm 29

Bảng 4.1 Kết quả độ tiêu hoá in vivo 40

Bảng 4.2 Kết quả ước tính chỉ số e.GI của các mẫu tinh bột 43Bảng 4.3 Kết quả sinh hoá máu của các nhóm chuột 53

Bảng 4.4 Khối lượng nội tạng của các nhóm chuột thử nghiệm 55 Bảng 4.5 Khối lượng nội tạng/Khối lượng cơ thể của các nhóm chuột thử nghiệm 55

DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT

HDL-C High-density lipoprotein cholesterol Lipoprotein cholesterol tỷ trọng cao LDL-C Low-density lipoprotein cholesterol Lipoprotein cholesterol tỷ trọng thấp NAFLD Non-alcoholic Fatty Liver Disease Gan nhiễm mỡ không do rượu

NSP Non-Starch Polysaccharides Polysaccharide không chứa tinh bột NWS Natural Wheat Starch Tinh bột lúa mì tự nhiên

OGTT Oral Glucose Tolerance Test Dung nạp glucose qua đường miệng RDS Rapidly Digestible Starch Tinh bột tiêu hóa nhanh

SDS Slowly Digestible Starch Tinh bột tiêu hóa chậm

VLDL Very Low Density Lipoprotein Lipoprotein tỷ trọng rất thấp

TÓM TẮT KHÓA LUẬN

Trong nghiên cứu này, chúng tôi sử dụng tinh bột từ khoai mỡ đã được hồ hóa hoàn toàn, sau đó thực hiện quá trình thoái hóa 3 chu kỳ (ở 4°C trong 18 giờ và 30°C trong 6 giờ) Tinh

bột này được kiểm tra chỉ số đường huyết (GI) in vitro và cho kết quả GI thấp Thí nghiệm

đo phản ứng glucose in vivo trên chuột cho thấy kết quả tương quan với chỉ số GI in vitro

Chúng tôi tiếp tục tiến hành thử nghiệm trên chuột bằng cách chia thành 6 nhóm (mỗi nhóm gồm 5 con chuột) với các chế độ ăn tiêu chuẩn và giàu chất béo, bao gồm các nhóm: ND, ND:R3A, ND:R3B, HF, HF:R3A, HF:R3B Các nhóm được theo dõi về cân nặng, chỉ số đường huyết, hành vi và khả năng vận động Sau 8 tuần, chuột được giải phẫu để thu thập các mẫu mô gan, thận, mỡ và cơ chân sau Kết quả thí nghiệm cho thấy các chỉ số về thể trọng, đường huyết khi đói, khả năng dung nạp glucose, các chỉ số sinh hóa máu, và các phân tích mô bệnh học (gan, thận, mỡ, cơ chân) cùng hành vi và khả năng vận động đều chỉ ra rằng tinh bột này có tác dụng tích cực trong việc cải thiện tình trạng thừa cân, béo phì, mỡ

máu cao và bệnh đái tháo đường loại 2

CHƯƠNG 1 MỞ ĐẦU

1.1 Tính cấp thiết và lý do hình thành đề tài

1.1.1 Các nghiên cứu trước

1.1.1.1 Các nghiên cứu ngoài nước

Chỉ số đường huyết (GI) là yếu tố quan trọng quyết định lượngđường huyết sau bữa ăn

có carbohydrate trong thực phẩm hàng ngày của chúng ta Nhiều nghiên cứu đã báo cáo những tác động có lợi của chế độ ăn GI thấp đối với sức khỏe trao đổi chất lâu dài so với chế

độ ăn GI cao Tinh bột kháng(RS, resistant starch) thể hiệntác dụng có lợi trong việc điều hòa nồng độ glucose trong máu và chuyển hóa lipid, giảm nguy cơ mắc bệnh tiểu đường và các bệnh tim mạch Một số nghiên cứu về ảnh hưởng của tinh bột kháng đến sinh lý của động vật thí nghiệm được thể hiện ở Bảng 1.1

Bảng 1.1 Các nghiên cứu ngoài nước

1 Tác dụng của tinh

bột kháng đối với

máu và lipid gan ở

chuột

Ranhotra et al 1995 Phản ứng về lipid huyết

thanh và gan đã được nghiên cứu ở chuột nhỏ được cho ăn chế độ ăn có chứa cholesterol (CH) và không

có chất xơ hoặc 20,5% chất

xơ Chất xơ được cung cấp dưới dạng tinh bột kháng (RS) hoặc cellulose (CL); chế độ ăn không có chất xơ dựa trên tinh bột thông thường (NS) Sau bốn tuần, tổng CH trong huyết thanh ở chuột được cho ăn RS thấp hơn 16,2% và ở chuột ăn CL thấp hơn 13,1% so với chuột được ăn NS Việc giảm CH

là do giảm cả lipoprotein mật

độ cao (HDL) CH và CH

không HDL Giống như CH huyết thanh, nồng độ chất béo trung tính trong huyết thanh cũng thấp hơn ở chuột được cho ăn RS và CL - thấp hơn gần 50% so với chuột được cho ăn NS

2011 Nhóm 10 con chuột đầu tiên

(đối chứng) được cung cấp chế độ ăn cơ bản chứa tinh bột ngô sáp tiêu hóa nhanh (0% RS) Nhóm thứ hai gồm

10 con chuột được cung cấp chế độ ăn chứa hỗn hợp 83,3% tinh bột ngô sáp (0% RS) và 16,7% tinh bột khoai tây dạng hạt tự nhiên (60% RS) Nhóm chuột thứ ba được cho ăn chế độ ăn chứa hỗn hợp 33,3% tinh bột ngô sáp (0% RS) và 66,7% tinh bột khoai tây biến tính (15% RS) Kết quả cho thấy Lactobacilus

acidophilus là loài phong phú nhất ở ba nhóm cho ăn Lactobacillus cellobiosus chỉ được phát hiện trong nhóm chuột thứ 2 và 3 Và nồng độ acetate, propionate, butyrate và tổng acid béo chuỗi ngắn (SCFA) trong

phân của chuột vào ngày thứ

8 và tháng thứ 1, 3 và 5 Những thay đổi tạm thời về nồng độ acetate và tổng SCFA được quan sát thấy ở tất cả các nhóm điều trị (p

< 0,05)

1.1.1.2 Các nghiên cứu trong nước

Ở Việt Nam, ảnh hưởng của tinh bột kháng đến sức khỏe đang trở thành một đề tài nghiên cứu đáng chú ý Trong thời gian gần đây, đã có nhiều dự án nghiên cứu tiên tiến xác định tác động của tinh bột kháng đến sức khỏe trong nhiều loại thực phẩm khác nhau, bao gồm các tinh bột gạo, tinh bột lúa mì,…

Bảng 1.2 Các nghiên cứu trong nước

ứng glucose sau bữa ăn ở chuột béo phì và rối loạn lipid máu hiệu quả hơn NWS, giúp điều chỉnh lượng đường trong máu trong 120 phút sau bữa ăn Ngoài ra, nó còn cho thấy sự tiến bộ của AWS trong tác dụng giảm cân, giảm đường huyết và lipid ở chuột béo phì, rối loạn lipid máu

2 Khả năng tiêu hóa

amylosethay đổi

Van Hung et al 2016 Các loại tinh bột gạo tự

nhiên và biến đổi vật lý với hàm lượng amylose khác nhau đã được nghiên cứu về

khả năng tiêu hóa in vitro và

khả năng dung nạp glucose

in vivo ở chuột Phương pháp

xử lý độ ẩm và ủ nhiệt làm giảm đáng kể giá trị chỉ số đường huyết (GI) của tinh bột gạo Mục tiêu của nghiên cứu này là nghiên cứu về khả năng tiêu hóa in vitro và chỉ

số đường huyết của tinh bột được đánh giá bằng cách đo phản ứng glucose Kết quả là nồng độ glucose trong máu của chuột sau khi uống glucose đạt mức tối đa sau

30 phút và sau đó nhanh

chóng giảm xuống mức ban đầu sau 180 phút

1.1.2 Các hạn chế của nghiên cứu trước

Hiện nay, các nghiên cứu đã đạt được kết quả tích cực trong việc tạo ra tinh bột có chỉ số

đường huyết thấp (GI) thông qua mô hình thí nghiệm in vitro Tuy nhiên, việc kiểm chứng tác động của các loại tinh bột này trên cơ thể sống (in vivo) vẫn còn hạn chế Nhiều hợp chất

thể hiện được tính chất tốt khi thử nghiệm in vitro nhưng chưa chắc đã mang lại kết quả

tương tự trên cơ thể sống (in vivo) Do đó, chúng tôi đã chọn nghiên cứu đề tài “Ảnh hưởng

của tinh bột khoai mỡ thoái hóa có chỉ số đường huyết thấp lên khả năng giảm tình trạng thừa cân béo phì, đái tháo đường loại 2 của động vật” để hiểu rõ hơn về ảnh hưởng thực sự của loại tinh bột này trên cơ thể sống

1.2 Mục đích nghiên cứu

Nghiên cứu đánh giá ảnh hưởng của chế độ ăn có bổ sung tinh bột khoai mỡ thoái hóa có chỉ số đường huyết thấp lên khả năng giảm tình trạng thừa cân béo phì, đái tháo đường loại

2 của động vật

1.3 Nội dung nghiên cứu

Nghiên cứu đánh giá ảnh hưởng của tinh bột khoai mỡ thoái hóa có chỉ số đường huyết thấp lên khả năng giảm tình trạng thừa cân béo phì, đái tháo đường loại 2 của động vật thí

nghiệm bao gồm:

- Đánh giá độ tiêu hóa in vitro của bột

- Đánh giá mức độ thủy phân và chỉ số GI

- Đánh giá chỉ số đường huyết in vivo của tinh bột khoai mỡ

- Đánh giá đường huyết khi đói

- Đánh giá khả năng dung nạp glucose và tinh bột qua đường miệng

- Đánh giá sự thay đổi trọng lượng cơ thể và năng lượng tiêu thụ

- Đánh giá các chỉ số sinh hóa máu

- Đánh giá vi phẫu trên các tiêu bản mô gan, thận, mỡ và cơ

- Đánh giá hành vi và khả năng vận động (locomotion, rotarod)

1.4 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài

Đái tháo đường là một bệnh chuyển hóa không lây nhiễm, dự kiến sẽ ảnh hưởng đến

366 triệu người vào năm 2030 (Saeedi et al., 2019) Dạng bệnh tiểu đường phổ biến nhất là đái tháo đường loại II (T2D), thường bắt đầu bằng bệnh béo phì liên quan đến tình trạng

kháng insulin và dung nạp glucose dẫn đến tăng đường huyết, suy giảm chức năng tế bào β

và giảm tiết insulin (Laovachirasuwan et al., 2010) Hơn nữa, sự suy giảm chuyển hóa lipid

và lipoprotein, tăng stress oxy hóa, giảm chức năng nội mô mạch máu và huyết áp cao cũng thường gặp ở bệnh nhân T2D (Erion et al., 2016) Do đó, việc kiểm soát lượng đường trong máu là rất quan trọng để ngăn ngừa biến chứng tiểu đường và cải thiện sức khỏe của bệnh nhân Trong các nghiên cứu gần đây cho thấy rằng việc tiêu thụ thường xuyên chế độ ăn thực phẩm có chỉ số đường huyết thấp giúp kiểm soát đường huyết hiệu quả và đem lại lợi ích sức khỏe liên quan đến việc phòng ngừa hoặc quản lý các bệnh béo phì và T2D (Giorgino

mỡ vào các dạng đồ ăn cho động vật nghiên cứu Với mục đích đánh giá tác động của việc

sử dụng tinh bột khoai mỡ có chỉ số đường huyết thấp đến sinh lý, hành vi và khả năng vận động của động vật thí nghiệm từ đó sản xuất các sản phẩm cho người tiêu dùng

1.5 Đối tượng, phạm vi và giới hạn của đề tài

Đối tượng nghiên cứu: tinh bột củ khoai mỡ (Dioscorea alata) là loại tinh bột được chiết

xuất từ củ khoai mỡ, củ khoai mỡ thường có màu tím và có khối lượng từ 2 đến 3 kg mỗi củ

được thu mua tại chợ đầu mối Thủ Đức Chuột bạch đực (Mus musculus var Albino): trong

nghiên cứu này, chuột đực được mua từ Viện Pasteur Thành phố Hồ Chí Minh khi mới 6 tuần tuổi, với cân nặng khoảng 16±1 g

Phạm vi và giới hạn nghiên cứu: tập trung vào đánh giá về trạng thái sinh lý, hành vi và vận động của chuột thí nghiệm trên các mẫu tinh bột

1.6 Bố cục của bài báo cáo

Chương 1: Mở đầu

Chương 2: Tổng quan

Chương 3: Vật liệu và phương pháp

Chương 4: Kết quả và bàn luận

Chương 5: Kết luận và đề xuất