Bảng 3.11: Mức độ tinh thể tương đối (%) giữa các mẫu chiếu xạ
Mẫu Mức độ tinh thể tương đối (%)
EB0 29,303
EB1 27,998
EB3 27,485
EB7 27,649
EB10 28,108
3.9. Sự tiêu hóa in vitro
Động học tiêu hóa của các mẫu tinh bột khoai mỡ được thủy phân với amyloglucosidase và pancreatin được đo theo hai mức thời gian 10, 240 phút. Mức thu
3 6 9 12 15 18 21 24 27 30 Góc 2θ EB0 EB1 EB3 EB7 EB10 17 15 22,3
34
hồi glucose trên mỗi thời điểm được sử dụng để xác định hàm lượng tinh bột tiêu hóa nhanh, tinh bột tiêu hóa chậm và tinh bột trơ có trong mẫu tinh bột thực nghiệm. Kết thúc quá trình thủy phân tinh bột trong ống nghiệm hàm lượng tinh bột tiêu hóa nhanh (RSD), tinh bột tiêu hóa chậm (SDS), tinh bột trơ ( RS) trước và sau thay đổi theo liều xạ được thể hiện trong bảng 3.12:
Bảng 3.12: Các phân đoạn tiêu hóa của các mẫu tinh bột khoai mỡ chiếu xạ
RDS (Rapidly digestible starch): Tinh bột tiêu hóa nhanh; SDS (Slowly digestible starch): Tinh bột tiêu hóa chậm; RS (Resistant starch): Tinh bột trơ. Các giá trị trong bảng biểu thị giá trị trung bình ± độ lệch chuẩn (n=3). Với các chữ cái khác nhau trong cùng một cột biểu thị sự khác biệt có nghĩa về mặt thống kê (p<0,05).
Đối với mẫu khơng hồ hóa, tỷ lệ RDS (%) và SDS (%) có xu hướng tăng, RS (%) có xu hướng giảm nhiều (~12% ở liều xạ 10kGy) khi tăng liều chiếu xạ. Đối với mẫu có hồ hóa, tương tự với mẫu khơng hồ hóa, RDS (%) có xu hướng tăng, SDS (%) và RS (%) giảm.
Nghiên cứu trước đây đã tập trung vào các tính chất liên quan đến cấu trúc phân tử của hạt tinh bột gây ra sự thay đổi trong động học tiêu hóa tinh bột (Asare, et al., 2011; Kong, et al., 2015). Tuy nhiên, việc ảnh hưởng của các thuộc tính gây ra rất phức tạp bởi sự tương tác giữa các đặc tính vốn có trong tinh bột. Nhiều nghiên cứu trước đây cho thấy rằng rất phức tạp để ước tính ảnh hưởng của từng đặc tính tinh bột trên các nguồn thực vật dựa trên tài liệu (Hoebler, et al., 1999; Tester, et al., 2006).
Sự ảnh hưởng của hình thái (các lỗ rỗng) đến khả năng bị tiêu hóa của tinh bột có tác động khơng rõ ràng. Các lỗ rỗng được cho là có khả năng hỗ trợ enzyme thủy phân các hạt tinh bột cả từ trong lẫn bên ngoài, làm tăng tốc độ thủy phân (Fannon, et al., 1992). Một nghiên cứu trước đây cho thấy mối tương quan giữa lỗ trên cấu trúc hạt tinh bột và động học tiêu hóa có tỷ lệ thuận, chủ yếu tập trung vào các loại củ (Kong, et al., 2003). Nói cách khác, tinh bột sau khi qua xử lý chiếu xạ, trên cấu trúc hạt tinh bột hình thành những lỗ nhỏ li ti, đã được trình bày ở phương pháp xác định hình thái tinh bột (Mục 3.6). Điều này tạo điều kiện cho enzyme dễ dàng xâm nhập vào cấu trúc tinh bột, thủy phân
Khơng hồ hóa (A) Hồ hóa (B)
RDS (%) SDS (%) RS (%) RDS (%) SDS (%) RS (%) EB0 8,22±0,50a 66,33±0,76a 25,45±0,50a 62,51±0,58a 23,49±0,76a 14,00±0,58e EB1 8,69±0,33ab 69,16±1,50b 22,15±0,33b 63,57±0,29b 23,47±1,04a 12,96±0,29d EB3 8,97±0,31b 71,68±0,82c 19,35±0,31c 66,99±0,71c 21,11±1,10b 11,89±0,71c EB7 10,09±0,50c 72,41±0,57c 17,50±0,50d 74,79±0,38d 17,06±0,75c 8,16±0,38b EB10 10,92±0,25d 75,31±1,19d 13,77±0,25e 79,90±0,36e 14,08±0,73d 6,02±0,36a
35
đồng thời từ trong ra ngoài, giúp quá trình thủy phân diễn ra nhanh hơn dẫn đến việc tinh bột tiêu hóa tốt hơn.
Ảnh hưởng của tỷ lệ tinh thể đến khả năng bị tiêu hóa của tinh bột: Loại cấu trúc tinh thể và sự phân bố chiều dài chuỗi của amylopectin giải thích sự thay đổi trong động học tiêu hóa giữa các nguồn thực vật. Nhiều nghiên cứu cho thấy rằng, phần trăm tinh thể loại B tương quan thuận với độ tiêu hóa của tinh bột (Hizukuri, et al., 1983; Zhang, et al., 2008). Kết quả nghiên cứu của chúng tơi hồn toàn phù hợp với các nghiên cứu trước đây, tinh bột khoai mỡ chứa nhiều tinh thể dạng B và điều này giúp cho quá trình thủy phân diễn ra nhanh hơn. Nói cách khác, tốc độ thủy phân tinh bột tỉ lệ thuận với liều xạ xử lý.
Ngoài ra, các thành phần khác cũng ảnh hưởng đến khả năng bị tiêu hóa của tinh bột. Nghiên cứu trước đây đã chứng minh rằng động học tiêu hóa cũng có thể bị ảnh hưởng bởi các thành phần nhỏ có mặt như protein, lipid và phospho, và những thành phần chiếm khối lượng < 1,5% hạt tinh bột (Robyt, 2008). Tuy nhiên, dựa trên kết quả đo các chỉ tiêu hóa học cơ bản, sự phát hiện protein và lipid là rất nhỏ (vết < 0.3), sự có mặt của chúng ảnh hưởng không đáng kể đến khả năng tiêu hóa tinh bột. Mặt khác, sau khi xử lý chiếu xạ, khơng có sự xuất hiện hay mất đi hợp chất hóa học nào khác. Từ hai luận điểm trên, chúng tơi kết luận sự khả năng tiêu hóa của tinh bột trong nghiên cứu này không bị ảnh hưởng bởi các thành phần khác có trong mẫu tinh bột.
Tóm lại, động học tiêu hóa của tinh bột sau khi được xử lý ở các mức liều xạ khác nhau được nghiên cứu trong ống nghiệm cho những kết luận sau: Khả năng tiêu hóa của tinh bột khơng bị ảnh hưởng trực tiếp bởi tia EB, mà nó bị ảnh hưởng gián tiếp thông qua sự thay đổi về mặt cấu trúc phân tử, cấu trúc hóa học, sự hình thành các hợp chất khác và bản chất của thực vật được nghiên cứu. Tinh bột được xử lý chiếu xạ càng cao, khả năng tiêu hóa càng cao. Nhìn chung, sự thay đổi này tạo hướng ảnh hưởng tích cực đến sự tiêu hóa của tinh bột khoai mỡ, hỗ trợ q trình tiêu hóa diễn ra nhanh hơn. Chúng tơi tin rằng, đây sẽ là tiền đề cho các hướng nghiên cứu in vitro và in vivo trong tương lai.
36
CHƯƠNG 4: KẾT LUẬN
Tinh bột được xử lý và trích ly từ củ khoai mỡ. Tiến hành nghiên cứu về tinh bột khoai mỡ và ảnh hưởng của liều xạ EB lên tính chất hố lý và khả năng tiêu hố in vitro. Kết quả nghiên cứu cho thấy, hiệu suất trích ly tinh bột cao, sau khi trích ly vẫn giữ được các tính chất của tinh bột. Nguồn xạ EB ảnh hưởng đến các tính chất hố lý của tinh bột: độ pH và hàm lượng acid tự do trong tinh bột tăng lên sau khi xử lý chiếu xạ. Sự tăng lên này mang ý nghĩa cho việc bảo quản và ứng dụng trong ngành công nghệ thực phẩm. Độ nhớt của tinh bột giảm sau khi chiếu xạ. Theo nhiều nghiên cứu trước đây, độ nhớt của các loại tinh bột có thể tăng hoặc giảm sau khi xử lý chiếu xạ. Điều này phụ thuộc vào bản chất của tinh bột và điều kiện chiếu xạ. Khối lượng phân tử trung bình của hạt tinh bột được xác định bằng kết quả đo độ nhớt nội tại. Ngoài ra, khả năng tan của tinh bột khoai mỡ cũng có xu hướng tăng lên sau khi chiếu xạ. Điều này có ý nghĩa trong việc ứng dụng tinh bột vào sản xuất gia vị, nước sốt, nước giải khát,… Khả năng trương nở của tinh bột cũng giảm đáng kể sau khi chiếu xạ. Hình thái của tinh bột có sự thay đổi nhẹ, các mẫu sau khi chiếu xạ trên bề mặt hạt nhám hơn và các hạt có xu hướng tách nhau ra, mật độ hạt giảm. Mẫu tinh bột được thí nghiệm và định lượng amylose bằng phương pháp tạo phức amylose-iodine sau khi chiếu xạ, kết quả cho thấy hàm lượng amylose tăng, điều này có thể do q trình phân cắt amylopectin thành amylose dưới tác động của nguồn xạ. Kết quả đo FTIR cho thấy cường độ của các liên kết có xu hướng tăng sau khi chiếu xạ, khơng có sự xuất hiện hay mất đi của hợp chất mới nào. Mức độ tinh thể có xu hướng giảm sau khi chiếu xạ, tuy nhiên có nhiều nghiên cứu cho kết quả ngược lại, kết quả này phụ thuộc bản chất và đặc tính ni trồng của nguồn tinh bột. Khả năng tiêu hóa của tinh bột khơng bị ảnh hưởng trực tiếp bởi tia EB, mà nó bị ảnh hưởng gián tiếp thông qua sự thay đổi về mặt cấu trúc phân tử, cấu trúc hóa học, sự hình thành các hợp chất khác và bản chất của vật liệu được nghiên cứu. Tinh bột được xử lý chiếu xạ càng cao, khả năng tiêu hóa càng cao. Nhìn chung, sự thay đổi này tạo hướng ảnh hưởng tích cực đến sự tiêu hóa của tinh bột khoai mỡ, hỗ trợ q trình tiêu hóa diễn ra nhanh hơn. Chúng tơi tin rằng, đây sẽ là tiền đề cho các hướng nghiên cứu in vitro và in vivo trong tương lai. Trong nghiên cứu này, chúng tôi thực nghiệm trên bốn liều chiếu xạ khác nhau: 1, 3, 7, 10 kGy. Chúng tôi lựa chọn bốn liều chiếu xạ này trong phạm vi cho phép của TCVN về xử lý chiếu xạ trên thực phẩm. Mặt khác, bốn liều chiếu này có độ lệch tương đối trong phạm
37
vi từ 0 đến 10, từ đó cho kết quả chính xác thực tế nhất. Từ những kết quả nghiên cứu trên, chúng tôi nhận thấy rằng xử lý chiếu xạ EB là một hướng nghiên cứu và có ý nghĩa trong việc phát triển ngành công nghệ thực phẩm. Kết quả nghiên cứu cho thấy: độ nhớt thấp, khả năng hòa tan cao, khả năng trương nở thấp ta có thể áp dụng phương pháp biến tính tinh bột bằng chiếu xạ và nguồn tinh bột này có thể được ứng dụng vào mục đích cơng nghệ để làm chất độn, hoặc các sản phẩm nước giải khát cần đạt được trạng thái huyền phù nhưng độ nhớt không quá cao. Trong tương lai, xử lý chiếu xạ có thể thay thế các phương pháp bảo quản và sản xuất trước đây. Tuy nhiên, góc nhìn của người tiêu dùng về việc xử lý chiếu xạ trên thực phẩm còn hạn chế và tiêu cực nên phương pháp này cần được định hướng tích cực hơn.
38
TÀI LIỆU THAM KHẢO
1. Acevedo, Rodríguez P. 2005. Vines and climbing plants of Puerto Rico and the
Virgin Islands. Contributions from the United States National Herbarium. 2005, p. 51:483.
2. Alay, S. C. A. and Meireles, M. A. A. 2015. Physicochemical properties,
modifications and applications of starches from different botanical sources. Food Sci.
Technol. (Campinas). 2015, pp. 215–236.
3. Anastasiades, A., et al. 2002. Rheological and Physical Characterization of
Pregelatinized Maize Starches. Journal of Food Engineering. 2002, pp. 52: 57-66. 4. Arvanitoyannis, I. S. and Tserkezou, P. 2010. Legislation on Food Irradiation.
Irradiation of Food Commodities. s.l. : Elsevier Inc. publishing, 2010.
5. Asare, E. K., et al. 2011. Barley grain constituents, starch composition, and structure
affect starch in vitro enzymatic hydrolysis. Food Chem. s.l. : J. Agric., 2011, pp. 4743–4754.
6. Baah, F. D. et al. 2009. Nutritional and biochemical composition of D. alata
(Dioscorea spp.) tubers. Journal of Food, Agriculture & Environment. 2009, Vol. Vol.7 (2), pp. 373-378.
7. Bhat, R, Sridhar, K. R. and Bhushan, B. 2007. Free radicals in velvet bean seeds
(Mucuna pruriens L. DC.) and their status after γ‐irradiation and conventional processing. LWT - Food Sci Technol. 2007, Vol. 40, pp. 1570–7.
8. Bhat, R. and Karim. 2009. Impact of radiation processing on starch. s.l. : Comprehensive Reviews in Food Science and Food Safety, 2009. p. 8.
9. Bhat, R. and Sridhar, K. R. 2008. Nutritional quality evaluation of electron beam‐
irradiated lotus (Nelumbo nucifera) seeds. Food Chem. 2008, pp. 174–84.
10. Brasoveanu, M. and Nemțanu, MR. 2018. Aspects on starches modified by ionizing radiation processing. Applications of modified starches. London : Huicochea EF and Villalobos RR, 2018.
11. Cael, J. J., Koenig, J. L. and Blackwell, J. 1975. Infrared and Raman spectroscopy of carbohydrates. Biopolymers. 1975, Vols. Normal coordinate analysis of V- amylose, 9, pp. 1885–1903.
39
13. CFR. 2006. Code of Federal Regulations. Food starch modified. In Food additives
permitted for direct addition to food for human consumption. Washington, DC : s.n.,
2006, 1, Part 172, Sec. 172.892.
14. Cheetham, NWH and Tao, L. 1998. Variation in crystalline type with amylose content in maize starch granules: an X-ray powder diffraction study. Carbohydr Polymer. 1998, pp. 277–284.
15. Chinnaswamy, R. and Bhattacharya, K. R. 1986. Characteristics of gel- chromatographic fractions of starch in relation to rice and expanded-rice-product qualities. Starch. 1986, Vol. 38, pp. 51 -57.
16. Chung, H. J. and Liu, Q. 2010. Molecular structure and physicochemical properties of potato and bean starches as affected by gamma-irradiation. Biol. Macromol. 2010, pp. 214–222.
17. Ciesla, K, Zoltowski, T. and Mogilevsky, L. Y. 1991. Detection of starch transformation under gamma irradiation by small angle X-ray skating. Starch. 1991, p. 11.
18. Cieśla, K., Larsen, F. H. and Mroczko, K. Studies Of Starch Radiolysis Occurring
Under Gamma Irradiation Applying Uv-Vis, Ftir And Nmr Spectroscopy. pp. 24–27.
19. Cooke, D. and Ridley, M. J. 1992. Loss of crystalline and molecular order during starch gelatinisation: origin of the enthalpic transition. Carbohydr. s.l. : Res., 1992, pp. 103–112.
20. Coursey, D.G. 1967. Yam: An account of nature, origins, cultivation and utilisation
of useful member of the dioscoreaceae. London, UK. : Longmans, 1967.
21. Cowie, J. M. G. 1960. Studies on Amylose and its Derivatives. Molecular Size and
Configuration of Amylose Molecules in Various Solvents. Ottawa, Canada : Division
of Applied Chemistry, National Research Council, 1960, pp. 230-247.
22. Cui, S. W. 2005. Food carbohydrates: Chemistry, physical properties, and applications. Boca Raton, USA : CRC Press, 2005.
23. Deeyai, P., et al. 2013. Characterization of Modified Tapioca Starch Atmospheric Argon Plasma under Diverse Humidity by FTIR Spectroscopy. Chinese Physics Letters. s.l. : IOP Publishing Ltd, 2013, Vol. 30, p. 018103.
24. Degras, L. 1993. The yam: A tropical root crop. London, UK : The Macmillan Press Ltd., 1993.
40
25. Dingwell, D. B. 2006. Transport properties of magmas: Diffusion and rheology.
Elements 2. 2006, pp. 281–286.
26. Dokic, L., Jakovljevic, J. and Dokic, P. 2004. Relation between viscous characteristics and dextrose equivalent of maltodextrins. Starch‐Stärke. 2004, Vol.
56, pp. 520-525.
27. Duyên, Nguyễn Đặng Mỹ and Việt, Nguyễn Ngọc. 2019. Ảnh hưởng của độ ẩm đến tính năng cơng nghệ của tinh bột bắp biến tính bằng phương pháp chiếu xạ sử dụng chùm tia electron. Tạp chí Phát triển Khoa học và Cơng nghệ – Khoa học Tự
nhiên. s.l. : VNU-HCM Press, 2019, pp. 160-168.
28. Englyst, H. N., Kingman, S. M. and Cummings, J. H. 1992. Classification and measurement of nutritionally important starch fractions. 1992, Vol. 46, pp. 33-50. 29. Érica, Daiutoa, et al. 2005. Effects of Extraction Methods on Yam (Dioscorea alata)
Starch Characteristics. Starch. 2005, pp. 153–160.
30. Fannon, JE., Hauber, R. J. and BeMiller, J. N. 1992. Surface pores of starch granules. Cereal Chem. 1992, pp. 284–288.
31. FAO. 2006. Food and agriculture organization of the United Nations. Rome, Italy : s.n., 2006. FAOSTAT Database.
32. Feng, M., et al. 2018. Development and preparation of active starch films carrying tea polyphenol. Carbohydr. Polymer. 2018, Vol. 196, pp. 162–167.
33. Fredriksson, H. et al. 1998. The infl uence of amylose and amylopectin characteristics on gelatinization and retrogradation properties of different starches.
Carbohydr. Polym. 1998, pp. 119–134.
34. Gaillard, T. 1987. Starch availability and utilization. Starch: Properties and Potential. s.l. : John Wiley & Sons, Chichester, 1987, pp. 1–15.
35. Gani, A., et al. 2012. Modification of bean starch by γ-irradiation: Effect on functional and morphological properties. Chemical Reviews. s.l. : LWT Food Science and Technology, 2012.
36. Govaerts, R. 2013. World Checklist of Dioscoraceae. London : Royal Botanic Gardens, 2013.
37. Gryszkin, A., et al. 2014. Effect of thermal modifications of potato starch on its selected properties. Food Hydrocolloids. 2014, pp. 122-127.
41
38. Harding, S. E. 1997. The Intrinsic Viscosity of Biological Macromolecules; Progress in Measurement, Interpretation and Application to Structure in Dilute Solution. Program Biophy. Molecular Biology. 1997, pp. 207-262.
39. Henderson, A. M. and Rudin, A. ESR. 1981. Study of the effects of water, methanol, and ethanol on gamma-irradiation of starch. Journal of Polymer Science. 1981, pp. 1721–1722.
40. Hizukuri, S., Kaneko, T. and Takeda, Y. 1983. Measurement of the chain length of amylopectin and its relevance to the origin of crystalline polymorphism of starch granules. Biochem. Biophys. Acta. 1983, pp. 188–191.
41. Hoebler, C., et al. 1999. Bioavailability of starch in bread rich in amylose: metabolic responses in healthy subjects and starch structure. s.l. : Eur. J. Clin. Nutr. , 1999, pp. 360–366.
42. Hong, Y. H., et al. 2008. Inactivation of Enterobacter sakazakii, Bacillus cereus and Salmonella typhimurium in powdered weaning food by electron beam irradiation.
Radiat. Phys. Chem. 2008, pp. 1097–1100.
43. Hoover, R. and Manuel, H. 1996. Effect of heat-moisture treatment on the structure and physicochemical properties of legume starches. Food Research International.
1996, pp. 731–740.
44. Hoover, R. 2010. The impact of heat moisture treatment on molecular structures and properties of starches isolated from different botanical source. s.l. : Crit Rev Food Sci Nutr, 2010, 50, pp. 835–847.
45. Hoyos-Leyva, J. D., et al. 2015. Optimising the heat moisture treatment of Morado banana starch by response surface analysis. Starch – Starke. 2015, 67, pp. 1026– 1034.
46. Ibrahim, N. 1994. Trace metals in tropical yam species: Dioscorea spp. Food Chem.