Luận án Tiến sĩ Kỹ thuật: Nghiên cứu nâng cao hàm lượng tinh bột kháng từ hạt mít có hoạt tính prebiotic để ứng dụng trong thực phẩm

Chia sẻ: _ _ | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:167

Thêm vào BST

Báo xấu

6
lượt xem 1
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Luận án Tiến sĩ Kỹ thuật "Nghiên cứu nâng cao hàm lượng tinh bột kháng từ hạt mít có hoạt tính prebiotic để ứng dụng trong thực phẩm" trình bày các nội dung chính sau: Xác định một số đặc tính của tinh bột kháng từ hạt mít; Đề xuất phương pháp nâng cao hàm lượng tinh bột kháng có hoạt tính prebiotic từ hạt mít; Thử nghiệm ứng dụng chế phẩm tinh bột kháng có hoạt tính prebiotic từ hạt mít trong công nghệ thực phẩm.

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Luận án Tiến sĩ Kỹ thuật: Nghiên cứu nâng cao hàm lượng tinh bột kháng từ hạt mít có hoạt tính prebiotic để ứng dụng trong thực phẩm

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HỒ THỊ HẢO NGHIÊN CỨU NÂNG CAO HÀM LƯỢNG TINH BỘT KHÁNG TỪ HẠT MÍT CÓ HOẠT TÍNH PREBIOTIC ĐỂ ỨNG DỤNG TRONG THỰC PHẨM LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT ĐÀ NẴNG, 2025
ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT HỒ THỊ HẢO NGHIÊN CỨU NÂNG CAO HÀM LƯỢNG TINH BỘT KHÁNG TỪ HẠT MÍT CÓ HOẠT TÍNH PREBIOTIC ĐỂ ỨNG DỤNG TRONG THỰC PHẨM Chuyên ngành: Công nghệ thực phẩm Mã số: 9540101 Người hướng dẫn khoa học 1. PGS.TS. ĐẶNG MINH NHẬT 2. TS. MẠC THỊ HÀ THANH ĐÀ NẴNG, 2025
LỜI CAM ĐOAN Tôi cam đoan luận án này được hoàn thành là công trình nghiên cứu của bản thân. Các số liệu và kết quả trình bày trong luận án chưa từng được công bố trong bất kỳ luận án cùng cấp nào trước đây. Đà Nẵng, ngày….tháng 02 năm 2025 Người thực hiện Hồ Thị Hảo
LỜI CẢM ƠN Sau hơn 3 năm thực hiện luận án tiến sĩ, được sự hướng dẫn tận tình của thầy PGS.TS. Đặng Minh Nhật, cô TS.Mạc Thị Hà Thanh cùng sự hỗ trợ từ các Thầy Cô và các đồng nghiệp em đã hoàn thành luận án của mình. Lời đầu tiên, em xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến thầy PGS.TS. Đặng Minh Nhật và cô TS.Mạc Thị Hà Thanh đã tận tình hướng dẫn em từ lúc nhận đề tài cho đến khi hoàn thành luận án của mình. Mặc dù em còn nhiều thiếu sót nhưng Thầy và Cô vẫn dành nhiều thời gian và tâm huyết trong việc hướng dẫn, cung cấp cho em nhiều kiến thức bổ ích, góp ý và sửa chữa những chỗ sai để em có thể hoàn thành luận án một cách tốt nhất. Em xin cảm ơn các thầy cô Bộ môn Công nghệ thực phẩm, trường Đại học Bách Khoa đã tạo điều kiện thuận lợi, giúp đỡ em về mặt tinh thần và chuyên môn để em hoàn thành được luận án này. Em xin cảm ơn đến Lãnh đạo nhà Trường, Lãnh đạo khoa Nông Lâm nghiệp, trường Đại học Tây Nguyên đã tạo điều kiện thuận cho em từ cơ sở vật chất đến tinh thần trong quá trình học tập và nghiên cứu để em hoàn thành luận án thuận lợi. Em cũng xin gửi lời cảm ơn đến gia đình, đồng nghiệp, bạn bè đã luôn bên cạnh, động viên em trong suốt thời gian thực hiện đề tài, để hoàn thành được những nội dung trong luận án của mình. Cuối cùng, em xin cảm ơn thầy cô trong Hội đồng Bảo vệ đã dành thời gian của mình để đọc và nhận xét cho luận án của em. Em xin chân thành cảm ơn! Đà Nẵng, ngày …. tháng 02 năm 2025 Học viên thực hiện Hồ Thị Hảo
MỤC LỤC MỞ ĐẦU ........................................................................................................................... 1 1. Lý do chọn đề tài ........................................................................................................... 1 2. Mục tiêu nghiên cứu...................................................................................................... 2 2.1. Mục tiêu chung ..................................................................................................................... 2 2.2. Mục tiêu cụ thể ..................................................................................................................... 2 3. Đối tượng, phạm vi nghiên cứu .................................................................................... 3 3.1. Đối tượng nghiên cứu .......................................................................................................... 3 3.2. Phạm vi nghiên cứu ............................................................................................................. 3 4. Phương pháp nghiên cứu.............................................................................................. 3 4.1. Phương pháp nghiên cứu lý thuyết .................................................................................. 3 4.2. Phương pháp nghiên cứu thực nghiệm ........................................................................... 3 5. Ý nghĩa khoa học và ý nghĩa thực tiễn của luận án ................................................... 4 5.1. Ý nghĩa khoa học.................................................................................................................. 4 5.2. Ý nghĩa thực tiễn .................................................................................................................. 4 6. Bố cục của luận án......................................................................................................... 5 CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN TÀI LIỆU ......................................................................... 6 1.1. Giới thiệu chung về tinh bột ...................................................................................... 6 1.1.1. Đặc điểm cấu trúc hóa học của tinh bột ......................................................................... 6 1.1.2. Tính chất đặc trưng của tinh bột ..................................................................................... 8 1.1.2.1. Độ trương nở ..................................................................................................... 8 1.1.2.2. Khả năng hồ hóa ............................................................................................... 9 1.1.2.3. Quá trình thoái hóa ........................................................................................... 9 1.1.3. Ứng dụng của tinh bột .................................................................................................... 10 1.2. Tổng quan về tinh bột kháng .................................................................................. 11 1.2.1. Định nghĩa ........................................................................................................................ 11 1.2.2. Phân loại ........................................................................................................................... 12 1.2.3. Chức năng của RS ........................................................................................................... 13 1.2.3.1. Chức năng y học .............................................................................................. 13 1.2.3.2. Chức năng công nghệ của RS ......................................................................... 14 i
1.2.4. Ảnh hưởng của các quá trình chế biến nhiệt đến hàm lượng RS............................ 14 1.2.4.1. Quá trình luộc ................................................................................................. 14 1.2.4.2. Quá trình chiên................................................................................................ 15 1.2.4.3. Quá trình nướng .............................................................................................. 16 1.2.4.4. Quá trình hấp .................................................................................................. 17 1.2.4.5. Quá trình nấu bằng vi sóng ............................................................................. 17 1.2.4.6. Quá trình hấp tiệt trùng .................................................................................. 17 1.3. Tổng quan về prebiotic ............................................................................................ 18 1.3.1. Định nghĩa ........................................................................................................................ 18 1.3.2. Phân loại prebiotic ........................................................................................................... 19 1.3.3. Chức năng y học của prebiotic ...................................................................................... 21 1.3.4. Phương pháp đánh giá hoạt tính prebiotic .................................................................. 21 1.3.4.1. Phương pháp lên men in vitro bằng hệ vi sinh vật ở ruột già ........................ 21 1.3.4.2. Phương pháp lên men in vitro bằng vi sinh vật phân lập ............................... 22 1.3.4.3. Phương pháp in vivo trên động vật ................................................................. 23 1.4. Tổng quan về mít và tinh bột hạt mít ..................................................................... 23 1.4.1. Giới thiệu về mít ............................................................................................................... 23 1.4.2. Giới thiệu về hạt mít ........................................................................................................ 24 1.4.3. Tinh bột hạt mít ................................................................................................................ 26 1.5. Tổng quan tình hình nghiên cứu trong nước và thế giới ...................................... 27 1.5.1. Tình hình nghiên cứu trên thế giới ............................................................................... 27 1.5.1.1. Các nghiên cứu thu nhận và xác định đặc tính tinh bột hạt mít ..................... 27 1.5.1.2. Ứng dụng tinh bột hạt mít trong thực phẩm ................................................... 28 1.5.1.3. Nghiên cứu hoạt tính prebiotic của tinh bột kháng ........................................ 29 1.5.1.4. Nghiên cứu về nâng cao hàm lượng tinh bột kháng ....................................... 30 1.5.2. Tình hình nghiên cứu trong nước ................................................................................ 36 CHƯƠNG 2. NGUYÊN LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ..................... 39 2.1. Nguyên liệu ............................................................................................................... 39 2.2. Hóa chất, vật tư, thiết bị và dụng cụ ...................................................................... 39 2.2.1. Hóa chất, vật tư ................................................................................................................ 39 2.2.2. Thiết bị, dụng cụ............................................................................................................... 40 ii
2.3. Sơ đồ tổng quát các nội dung nghiên cứu .............................................................. 41 2.4. Phương pháp thực nghiệm các nội dung nghiên cứu ........................................... 42 2.4.1. Nội dung 1: Khảo sát đặc tính của tinh bột kháng tiêu hóa từ hạt mít ................... 42 2.4.2. Nội dung 2: Nghiên cứu nâng cao hàm lượng tinh bột kháng từ tinh bột hạt mít 45 2.4.3. Nội dung 3: Đánh giá hoạt tính prebiotic các chế phẩm RS ..................................... 49 2.4.4. Nội dung 4: Ứng dụng chế phẩm tính bột kháng có hoạt tính prebiotic cao trong sản xuất thực phẩm................................................................................................................. 53 2.4.4.1. Sữa chua prebiotic ...................................................................................................................... 53 2.4.3.2. Bánh quy prebiotic ...................................................................................................................... 54 2.4.3.3. Phương pháp đánh giá cảm quan ........................................................................................ 55 2.4.3.4. Phương pháp kiểm tra an toàn vệ sinh thực phẩm ....................................................... 58 2.5. Phương pháp xử lý số liệu ....................................................................................... 58 CHƯƠNG 3. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN ................................................................ 59 3.1. Khảo sát đặc tính của tinh bột kháng từ hạt mít .................................................. 59 3.1.1. Đặc điểm hình thái của tinh bột hạt mít ....................................................................... 59 3.1.2. Thành phần hóa học cơ bản của tinh bột hạt mít .......................................................... 60 3.1.3. Khảo sát sự thay đổi hàm lượng tinh bột kháng của tinh bột hạt mít qua các quá trình chế biến nhiệt ................................................................................................................. 63 3.1.3.1. Ảnh hưởng của quá trình luộc đến hàm lượng RS ....................................... 63 3.1.3.2. Ảnh hưởng của quá trình hấp đến hàm lượng RS ........................................ 65 3.1.3.3. Ảnh hưởng của quá trình chiên ngập dầu đến hàm lượng RS ..................... 66 3.1.3.4. Quá trình nướng ........................................................................................... 67 3.1.3.5. Ảnh hưởng của quá trình hấp tiệt trùng đến hàm lượng RS ........................ 68 3.1.3.6. Ảnh hưởng của quá trình nấu bằng vi sóng đến hàm lượng RS................... 68 3.2. Nghiên cứu nâng cao hàm lượng tinh bột kháng có hoạt tính prebiotic từ tinh bột hạt mít ........................................................................................................................ 70 3.2.1. Nghiên cứu nâng cao hàm lượng RS từ tinh bột hạt mít .......................................... 70 3.2.1.1. Nghiên cứu nâng cao hàm lượng tinh bột kháng bằng phương pháp enzyme để tạo RS2e ............................................................................................................................ 70 3.2.1.2. Nghiên cứu nâng cao hàm lượng tinh bột kháng bằng phương pháp xử lý nhiệt ẩm để tạo RS3 .................................................................................................... 81 iii
3.2.1.3. Nghiên cứu nâng cao hàm lượng tinh bột kháng bằng phương pháp hóa học để tạo RS4 .............................................................................................................................. 90 3.2.1.4. Nghiên cứu nâng cao hàm lượng tinh bột kháng bằng phương pháp tạo phức với lipit để tạo RS5 ................................................................................................... 101 3.2.2. Đánh giá hoạt tính prebiotic của các chế phẩm RS tạo thành ............................... 107 3.2.2.1. Đánh giá hoạt tính prebiotic theo chỉ số PI ................................................ 107 3.2.2.2. Đánh giá hoạt tính prebiotic bằng hệ VSV đường ruột ............................... 109 3.3. Nghiên cứu ứng dụng prebiotic tạo sản phẩm hỗ trợ sức khỏe ......................... 113 3.3.1. Sữa chua prebiotic ......................................................................................................... 113 3.3.2. Bánh quy prebiotic ......................................................................................................... 115 3.3.3. Đánh giá chức năng prebiotic của sữa chua và bánh quy prebiotic...................... 117 3.3.4. Kiểm tra an toàn vệ sinh thực phẩm sản phẩm sữa chua và bánh quy prebiotic 119 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ...................................................................................... 121 A. KẾT LUẬN ............................................................................................................... 121 B. NHỮNG ĐÓNG GÓP MỚI CỦA LUẬN ÁN ........................................................ 122 C. KIẾN NGHỊ VÀ HƯỚNG NGHIÊN CỨU TIẾP THEO..................................... 123 TÀI LIỆU THAM KHẢO ........................................................................................... 125 iv
DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT Chữ viết tắt Tiếng Anh Tiếng Việt CCD Central composite design Mô hình quy hoạch tâm xoay FOS Fructo-oligosaccharides/inulin Fructo-oligosaccharides/inulin GOS Galacto-oligosaccharide Galacto-oligosaccharide PI Prebiotic index Chỉ số prebiotic RDS Rapidly digestible starch Tinh bột tiêu hóa nhanh RSM Response Surface Methodology Phương pháp bề mặt đáp ứng RS Resistant starch Tinh bột kháng tiêu hóa RS2e Enzyme-hydrolyzed resistant starch Tinh bột kháng loại 2 được type 2 thủy phân bởi enzyme RS3 Resistant starch type 3 Tinh bột kháng loại 3 RS4 Resistant starch type 4 Tinh bột kháng loại 4 RS5 Resistant starch type 5 Tinh bột kháng loại 5 SCFA Short chain fatty axit Axit béo mạch ngắn SDS Slowly digestible starch Tinh bột tiêu hóa chậm RSM Response Surface Methodology Phương pháp bề mặt đáp ứng HMT Heat - moisture treatment Xử lý nhiệt ẩm DP Degree of Polymerization Độ polyme hóa CS Mẫu chuẩn VSV Vi sinh vật v
DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 1.1. Các loại prebiotic và ảnh hưởng của prebiotic lên hệ vi khuẩn đường ruột .................. 20 Bảng 1.2. Phương pháp hóa học để tạo RS4 ...................................................................................... 33 Bảng 1.3. Tổng hợp các nghiên cứu về tinh bột kháng tại Việt Nam.............................................. 36 Bảng 2.1. Các điều kiện xử lý nhiệt .................................................................................................... 44 Bảng 2.2. Tóm tắt cách bố trí các thí nghiệm. ................................................................................... 46 Bảng 2.3.Trọng số sử dụng cho đánh giá sữa chua prebiotic trong TCVN 3215-79..................... 56 Bảng 2.4. Trọng số sử dụng cho đánh giá bánh quy prebiotic trong TCVN 3215-79 ................... 56 Bảng 2.5. Các mức chất lượng ........................................................................................................... 56 Bảng 2.6. Thang điểm đánh giá cảm quan sữa chua prebiotic theo TCVN 3215 – 79.................. 57 Bảng 2.7. Thang điểm đánh giá cảm quan bánh quy prebiotic theo TCVN 3215 – 79................. 57 Bảng 3.1. Thành phần hóa học cơ bản của tinh bột hạt mít.............................................................. 61 Bảng 3.2. Sự thay đổi hàm lượng RS qua quá trình luộc mẫu tinh bột hạt mít .............................. 64 Bảng 3.3. Sự thay đổi hàm lượng RS quá quá trình hấp mẫu tinh bột hạt mít ............................... 65 Bảng 3.4. Sự thay đổi hàm lượng RS qua quá trình chiên mẫu tinh bột hạt mít ............................ 67 Bảng 3.5. Sự thay đổi hàm lượng RS qua quá trình nướng mẫu tinh bột hạt mít .......................... 67 Bảng 3.6. Sự thay đổi hàm lượng RS qua quá trình hấp tiệt trùng mẫu tinh bột hạt mít ............... 68 Bảng 3.7. Sự thay đổi hàm lượng RS qua quá trình nấu vi sóng mẫu tinh bột hạt mít .................. 69 Bảng 3.8. Các mức được mã hóa của mỗi biến trong mô hình RSM - CCD ................................. 75 Bảng 3.9. Ma trận quy hoạch thực nghiệm ........................................................................................ 76 Bảng 3.10. Kiểm định tính ý nghĩa của các hệ số phương trình ...................................................... 77 Bảng 3.11. Các giá trị và trị số đánh giá sự phù hợp của mô hình................................................... 77 Bảng 3.12. Bảng hệ số phương trình của hàm mục tiêu Y (hàm lượng RS2e) .............................. 78 Bảng 3.13. Bố trí thí nghiệm................................................................................................................ 85 Bảng 3.14. Kết quả quy hoạch thực nghiệm ...................................................................................... 86 Bảng 3.15. Kiểm định tính ý nghĩa của các hệ số phương trình ...................................................... 86 Bảng 3.16. Các giá trị và trị số đánh giá sự phù hợp của mô hình................................................... 87 Bảng 3.17. Bảng hệ số phương trình của hàm mục tiêu Y (hàm lượng RS3) ................................ 87 Bảng 3.18. Các mức được mã hóa của mỗi biến trong mô hình RSM-CCD ................................. 96 vi
Bảng 3.19. Ma trận quy hoạch thực nghiệm ...................................................................................... 96 Bảng 3.20. Kiểm định tính ý nghĩa của các hệ số phương trình ...................................................... 97 Bảng 3.21. Các giá trị và trị số đánh giá sự phù hợp của mô hình................................................... 97 Bảng 3.22. Bảng hệ số phương trình của hàm mục tiêu Y (hàm lượng RS4) ................................ 98 Bảng 3.23. Kết quả các chế phẩm RS tạo thành qua các điều kiện xử lý khác nhau ................... 106 Bảng 3.24. Hàm lượng các axit béo mạch ngắn qua 24 giờ lên men ............................................ 109 Bảng 3.25. Kết quả đánh giá cảm quan sản phẩm sữa chua theo TCVN 3215 – 79 ................... 114 Bảng 3.26. Kết quả đánh giá cảm quan sản phẩm bánh quy prebiotic theo TCVN 3215 – 79 .. 116 Bảng 3.27. Hàm lượng các axit béo mạch ngắn qua 24 giờ lên men ............................................ 118 Bảng 3.28. Kết quả kiểm tra an toàn vệ sinh mẫu sữa chua prebiotic ........................................... 119 Bảng 3.29. Kết quả kiểm tra an toàn vệ sinh mẫu bánh quy prebiotic .......................................... 120 vii
DANH MỤC CÁC HÌNH Hình 1.1. Cấu trúc phân tử amylose và amylopectin ......................................................................... 6 Hình 1.2. Cấu trúc của amylose và amylopectin trong tinh bột ......................................................... 7 Hình 1.3. Tinh bột kháng tiêu hóa là prebiotic tiềm năng................................................................. 19 Hình 1.4. Quá trình thu nhận RS3 từ tinh bột mì............................................................................... 32 Hình 2.1. Sơ đồ tổng quát nội dung nghiên cứu ................................................................................ 41 Hình 2.2. Sơ đồ quy trình thu nhận tinh bột hạt mít .......................................................................... 43 Hình 2.3. Phương pháp thu nhận tinh bột kháng loại 3 (RS3) ......................................................... 47 Hình 2.4. Phương pháp thu nhận tinh bột kháng loại 4 (RS4) ......................................................... 48 Hình 2.5. Sơ đồ quá trình thu nhận hệ vi sinh vật.............................................................................. 51 Hình 2.6. Sơ đồ thí nghiệm tạo SCFA ................................................................................................ 53 Hình 2.7. Quy trình sản xuất sữa chua prebiotic ................................................................................ 54 Hình 2.8. Quy trình sản xuất bánh quy prebiotic ............................................................................... 55 Hình 3.1. Hạt mít đã bóc lớp vỏ cứng bên ngoài: mít Thái (a) – mít Nghệ (b) - mít Dừa (c) ....... 59 Hình 3.2. Tinh bột hạt mít của ba loại mít: mít Thái (a), mít Nghệ (b), mít Dừa (c) ..................... 59 Hình 3.3. Hình ảnh của tinh bột: mít Dừa (a) - mít Nghệ (b) - mít Thái (c) qua SEM .................. 60 Hình 3.4. Hình ảnh mẫu tinh bột hạt mít qua thời gian luộc, phút................................................... 64 Hình 3.5. Hình ảnh mẫu tinh bột hạt mít qua thời gian hấp, phút .................................................... 65 Hình 3.6. Hình ảnh mẫu tinh bột hạt mít qua thời gian chiên, phút ................................................. 67 Hình 3.7. Hình ảnh mẫu tinh bột hạt mít qua thời gian nướng, phút ............................................... 67 Hình 3.8. Hình ảnh mẫu tinh bột hạt mít qua thời gian nấu vi sóng, giây....................................... 69 Hình 3.9. Ảnh hưởng của nhiệt độ thủy phân đến khả năng thu hồi tinh bột kháng...................... 71 Hình 3.10. Ảnh hưởng của nồng độ enzyme đến khả năng thu hồi tinh bột kháng ....................... 73 Hình 3.11. Ảnh hưởng của thời gian thủy phân đến khả năng thu hồi RS2e ................................. 74 Hình 3.12. Biểu đồ bề mặt đáp ứng và đường đồng mức thể hiện đồng thời của các yếu tố khảo sát đến hàm lượng RS2e tạo thành là cao nhất .................................................................................. 79 Hình 3.13. Kết quả xác định các điều kiện tối ưu để thu được hàm lượng RS2e cao nhất ........... 79 viii
Hình 3.14. Hình ảnh SEM của tinh bột hạt mít tự nhiên (a); tinh bột hạt mít sau khi dùng enzyme α-amylase thủy phân (b) ....................................................................................................................... 80 Hình 3.15. Biểu đồ sự thay đổi hàm lượng RS (%) khi xử lý nhiệt ẩm 6 giờ................................. 82 Hình 3.16. Biểu đồ sự thay đổi RS3 qua quá trình ủ 12 giờ ............................................................. 83 Hình 3.17. Biểu đồ sự thay đổi hàm lượng RS khi xử lý nhiệt ẩm 16 giờ ...................................... 83 Hình 3.18. Biểu đồ bề mặt đáp ứng và đường đồng mức thể hiện sự phụ thuộc của hiệu suất thu hồi tinh bột kháng vào độ ẩm mẫu và thời gian ủ (a); nhiệt độ xử lý .............................................. 88 Hình 3.19. Kết quả xác định các điều kiện tối ưu để thu được hàm lượng RS3 cao nhất ............. 89 Hình 3.20. Hình ảnh SEM của tinh bột hạt mít ban đầu (a), RS3 xử lý nhiệt ẩm ở 120oC, độ ẩm mẫu 35% và ủ 16 giờ (b); RS3 xử lý nhiệt ẩm ở 110oC, độ ẩm mẫu 20% và ủ 12 giờ (c). .......... 90 Hình 3.21. Biểu đồ ảnh hưởng của tỉ lệ phối trộn axit : tinh bột ...................................................... 91 Hình 3.22. Biểu đồ ảnh hưởng của thời gian ủ axit đến hàm lượng RS4........................................ 93 Hình 3.23. Biểu đồ ảnh hưởng của thời gian xử lý nhiệt đến hàm lượng RS4 ............................... 94 Hình 3.24. Biểu đồ bề mặt đáp ứng và đường đồng mức biểu diễn ảnh hưởng của tỉ lệ axit:tinh bột, thời gian ủ và thời gian xử lý nhiệt đến hàm lượng RS4 tạo thành .......................................... 98 Hình 3.25. Kết quả xác định các điều kiện tối ưu để thu được hàm lượng RS4 cao nhất ............. 99 Hình 3.26. Kết quả đo SEM (a) tinh bột hạt mít ban đầu, (b)RS4 với axit citric, (c)RS4 với axit acetic, (d) RS4 với axit lactic ............................................................................................................. 100 Hình 3.27. Biểu đồ ảnh hưởng của các loại dầu ăn đến khả năng hình thành RS5...................... 102 Hình 3.28. Biểu đồ ảnh hưởng của các loại axit béo đến khả năng hình thành RS5 ................... 103 Hình 3.29. SEM các mẫu RS5 không hồ hóa: dầu đậu phộng(a), dầu hướng dương (b), dầu đậu nành (c), dầu oliu (d), stearic (e), palmitic (f)................................................................................... 105 Hình 3.30. SEM các mẫu RS5 hồ hóa: Đậu phộng (a), hướng dương (b), oliu (c), đậu nành (d), stearic (e), palmitic (f)......................................................................................................................... 105 Hình 3.31. (a) Sự biến thiên của OD sau 24 giờ các mẫu vi sinh được bổ sung các chất nền khác nhau; (b) Chỉ số prebiotic của các chế phẩm RS đối với BB-12 và LP 01. .................................. 108 Hình 3.32. Sắc ký đồ biểu diễn hàm lượng các SCFA tạo thành từ các mẫu M1 (a), M2 (b), M3 (c), M4 (d), M5 (e), M6 (f)................................................................................................................. 110 Hình 3.33. Kết quả đánh giá cảm quan của các mẫu sữa chua được bổ sung 1%, 2%, 3%, 4%, 5%, 6% RS2e và hình ảnh sản phẩm bổ sung 3% RS2e. ............................................................... 115 ix
Hình 3.34. Kết quả đánh giá cảm quan của bánh quy prebiotic khi bổ sung RS2e: 10, 20, 30, 40 50% và hình ảnh sản phẩm với 30% RS2e ...................................................................................... 117 Hình 3.35. Sắc ký đồ biểu diễn hàm lượng các SCFA tạo thành từ các mẫu sữa chua prebiotic (M7) và bánh quy prebiotic (M8)...................................................................................................... 118 x
MỞ ĐẦU 1. Lý do chọn đề tài Mít (Artocarpus heterophyllu) là một loại trái cây nhiệt đới, được trồng phổ biến ở các nước Đông Nam Á và một số nơi trên thế giới. Tại Việt Nam, mít mang lại giá trị kinh tế lớn, chủ yếu được ăn tươi hoặc chế biến thành các sản phẩm sấy. Hạt mít chiếm khoảng 10 - 15% trọng lượng của quả mít và chứa nhiều thành phần dinh dưỡng như tinh bột, protein, chất xơ, lignan, isoflavone, khoáng chất, vitamin, đặc biệt là tinh bột kháng tiêu hóa, mang lại giá trị dinh dưỡng cao và có tiềm năng dược tính [1], [2]. Tuy nhiên, trong quá trình chế biến các sản phẩm từ mít, hầu hết phần hạt bị loại bỏ, gây ra một sự lãng phí lớn. Để tránh lãng phí nguồn tài nguyên này, đã có những nghiên cứu tập trung vào việc xác định các đặc tính của hạt mít, đề xuất phương pháp sản xuất và ứng dụng các chế phẩm khác nhau từ hạt mít trong lĩnh vực thực phẩm, dược phẩm và các lĩnh vực khác [1], [2], [3], [4], [5]. Tuy vậy cho đến nay vẫn còn ít công bố về đặc tính của tinh bột kháng tiêu hóa từ hạt mít, trong đó có tính bền nhiệt, cũng như hoạt tính prebiotic, từ đó mở ra khả năng khai thác tinh bột kháng tiêu hóa từ hạt mít để tạo chế phẩm prebiotic. Tinh bột kháng tiêu hóa (Resistant starch - RS), gọi tắt là tinh bột kháng, là tinh bột và các sản phẩm thoái hóa của tinh bột, không bị tiêu hóa hoặc hấp thụ hoàn toàn trong ruột non mà bị lên men ở ruột già và giúp tăng cường vi khuẩn có lợi trong ruột, cải thiện sức khỏe đường ruột và hệ tiêu hóa [6]. Nhiều nghiên cứu đã cho thấy RS nhờ khả năng kháng lại hệ enzyme tiêu hóa đã làm giảm lượng glucose trong máu, tránh tình trạng tăng đường huyết. Đây là lý do RS được sử dụng trong các khẩu phần ăn dành cho người bệnh đái tháo đường hay béo phì. Đồng thời, RS còn làm tăng độ nhạy cảm của insulin, điều này có ý nghĩa quan trọng đối với các bệnh nhân đái tháo đường, đặc biệt là đái tháo đường type 2 [7]. Ngoài vai trò như một chất xơ giúp hỗ trợ quá trình tiêu hóa, chống táo bón vì khi vào ruột, kích thích nhu động ruột, RS còn có tác dụng giúp điều hòa hệ vi khuẩn đường ruột, làm giảm tỷ lệ ung thư đại tràng [7]. Hàm lượng RS của tinh bột hạt mít được báo cáo dao động từ 24 đến 74,26 % tùy vào giống mít và vùng trồng [8], [9]. RS của tinh bột hạt mít là tinh bột kháng loại II do có hàm lượng amylose tương đối cao từ 24 -32% [8]. Một số nghiên cứu đã khẳng định một số loại tinh bột kháng tiêu hóa có vai trò của một prebiotic. Prebiotic là nguồn thức ăn cho probiotic (các lợi khuẩn có mặt trong đường 1
ruột vật chủ). Nhờ có prebiotic mà các lợi khuẩn có điều kiện phát triển mạnh mẽ hơn, do đó cải thiện khả năng tiêu hóa cho vật chủ [10]. RS đã được đề xuất sử dụng trong các chế phẩm prebiotic để thúc đẩy sự phát triển của các vi sinh vật có lợi như Bifidobacteria và Lactobacilli [11]. Vì RS gần như hoàn toàn đi qua ruột non, nó có thể hoạt động như một cơ chất cho sự phát triển của vi sinh vật probiotic. Khi có sự lên men của vi khuẩn đường ruột, RS tạo thành các axit béo mạch ngắn (SCFA), tác động tích cực đến sức khỏe đường ruột, bao gồm tác dụng làm tăng sinh các tế bào biểu mô và làm giảm pH đại tràng [12]. Nghiên cứu lâm sàng trên chuột khi cho ăn chế phẩm RS cho thấy có những thay đổi đáng kể pH trong phân và SCFA sản sinh ra nhiều hơn trong đại tràng của chúng. Điều này chứng tỏ RS có những ảnh hưởng tương tự như chất xơ hòa tan [13], [14]. Chính vì vậy, RS từ tinh bột hạt mít có tiềm năng lớn là prebiotic. Khả năng này mở ra triển vọng sử dụng tinh bột hạt mít như một thành phần chức năng trong các sản phẩm thực phẩm nhằm cải thiện hệ vi sinh vật đường ruột và nâng cao sức khỏe tổng thể. Hiện nay, nghiên cứu chuyên sâu về việc sử dụng tinh bột kháng hạt mít có hoạt tính prebiotic cao để ứng dụng trong sản xuất thực phẩm chưa được quan tâm nhiều. Chính vì vậy, đề tài "Nghiên cứu nâng cao hàm lượng tinh bột kháng từ hạt mít có hoạt tính prebiotic để ứng dụng trong thực phẩm" hứa hẹn sẽ tạo ra những sản phẩm có giá trị kinh tế cao và tiềm năng ứng dụng rộng rãi trong sản xuất thực phẩm hỗ trợ sức khỏe. Đồng thời, đề tài này sẽ góp phần gia tăng giá trị cho các phụ phẩm từ ngành công nghiệp chế biến mít, giảm nguy cơ ô nhiễm môi trường do phụ phẩm gây ra, góp phần thúc đẩy sự phát triển kinh tế - xã hội của Việt Nam. 2. Mục tiêu nghiên cứu 2.1. Mục tiêu chung Khai thác hiệu quả nguồn tinh bột giàu tinh bột kháng của hạt mít theo hướng tạo ra chế phẩm tinh bột kháng có hoạt tính prebiotic cao để ứng dụng vào sản xuất thực phẩm hỗ trợ sức khỏe. 2.2. Mục tiêu cụ thể - Xác định một số đặc tính của tinh bột kháng từ hạt mít; - Đề xuất phương pháp nâng cao hàm lượng tinh bột kháng có hoạt tính prebiotic từ hạt mít; 2
- Thử nghiệm ứng dụng chế phẩm tinh bột kháng có hoạt tính prebiotic từ hạt mít trong công nghệ thực phẩm. 3. Đối tượng, phạm vi nghiên cứu 3.1. Đối tượng nghiên cứu Hạt mít: bao gồm các giống mít Thái, mít Nghệ và mít Dừa. 3.2. Phạm vi nghiên cứu Nội dung nghiên cứu của luận án được giới hạn trong các phạm vi sau: - Đối tượng chính sử dụng trong nghiên cứu là giống mít có hàm lượng RS cao nhất trong hạt từ ba giống mít khảo sát; - Sản xuất và đánh giá hoạt tính prebiotic của 5 loại tinh bột kháng khác nhau từ tinh bột hạt mít: RS2 tự nhiên, RS2e, RS3, RS4 và RS5; - Các hệ vi sinh vật sử dụng đánh giá hoạt tính prebiotic bao gồm: các lợi khuẩn là Lactobacillus plantarum – LP 01 (LMG P-21021) và Bifidobacterium BB-12, vi khuẩn gây hại Escherichia coli ATCC 25922 và hệ vi sinh vật đường ruột phân lập được; - Các thí nghiệm được tiến hành tại các phòng thí nghiệm của Khoa Nông Lâm nghiệp và Viện Công nghệ Sinh học – môi trường, Trường Đại học Tây Nguyên và Khoa Hóa, Trường Đại học Bách khoa, Đại học Đà Nẵng; - Thời gian thực hiện: từ tháng 01 năm 2020 đến tháng 09 năm 2024. 4. Phương pháp nghiên cứu 4.1. Phương pháp nghiên cứu lý thuyết Tìm kiếm và thu thập các tài liệu, tư liệu, sách báo, cùng các công trình nghiên cứu liên quan đến đặc điểm, cấu trúc, thành phần, và phương pháp thu nhận tinh bột từ hạt mít; nghiên cứu ảnh hưởng của quá trình chế biến nhiệt đối với hàm lượng tinh bột kháng trong thực phẩm; các kỹ thuật nhằm nâng cao hàm lượng tinh bột kháng; đồng thời đánh giá hoạt tính prebiotic của các chế phẩm tinh bột kháng tiêu hóa… từ nguồn tài liệu trong nước và quốc tế. 4.2. Phương pháp nghiên cứu thực nghiệm - Khảo sát đặc tính của tinh bột kháng từ hạt mít + Đặc điểm hình thái của tinh bột hạt mít + Thành phần hóa học cơ bản của tinh bột hạt mít 3
+ Khảo sát sự thay đổi hàm lượng tinh bột kháng của tinh bột hạt mít qua các quá trình chế biến nhiệt - Nghiên cứu nâng cao hàm lượng tinh bột kháng có hoạt tính prebiotic từ tinh bột hạt mít + Nghiên cứu nâng cao hàm lượng tinh bột kháng từ tinh bột hạt mít + Đánh giá hoạt tính prebiotic của các chế phẩm RS tạo thành - Nghiên cứu ứng dụng prebiotic tạo sản phẩm hỗ trợ sức khỏe + Sữa chua prebiotic + Bánh quy prebiotic - Phương pháp phân tích cảm quan - Phương pháp xử lí số liệu 5. Ý nghĩa khoa học và ý nghĩa thực tiễn của luận án 5.1. Ý nghĩa khoa học Các nghiên cứu của luận án bổ sung thêm dữ liệu khoa học về đặc tính của tinh bột hạt mít từ 3 giống mít phổ biến ở Việt Nam là mít Thái, mít Nghệ và mít Dừa. Nghiên cứu đã xác định được độ bền nhiệt của RS từ hạt mít trong các quá trình chế biến nhiệt khác nhau gồm hấp, luộc, tiệt trùng, đun vi sóng. Điều này giúp tinh bột kháng từ hạt mít có thể duy trì được các đặc tính có lợi trong vai trò là chất xơ và các lợi ích với sức khỏe khác ngay khi được sử dụng trong vai trò là phụ gia trong sản xuất các thực phẩm có trải qua quá trình chế biến nhiệt. Tinh bột kháng (RS) từ hạt mít và các chế phẩm từ RS cũng được chứng minh có hoạt tính prebiotic, hỗ trợ sự phát triển của các vi khuẩn có lợi trong hệ tiêu hóa, mở ra tiềm năng ứng dụng trong thực phẩm trong vai trò của một phụ gia thực phẩm đa chức năng. 5.2. Ý nghĩa thực tiễn Từ kết quả nghiên cứu của luận án cho thấy chế phẩm RS từ tinh bột hạt mít có hoạt tính prebiotic cao và khả năng ứng dụng chế phẩm này trong công nghệ thực phẩm. Đây là cơ sở giúp khai thác hiệu quả nguồn phụ phẩm hạt mít thải ra từ quá trình chế biến mít của các nhà máy, góp phần nâng cao giá trị sử dụng của quả mít. Từ đó, giúp nâng cao hiệu quả sử dụng và giá trị kinh tế của cây mít. Luận án cũng giới thiệu sản phẩm có hoạt tính prebiotic mới có thể dùng để phát triển các sản phẩm thực phẩm hỗ trợ sức khỏe, mang lại lợi ích cho cộng đồng. 4
6. Bố cục của luận án Luận án gồm 123 trang (không kể phần phụ lục và tài liệu tham khảo), kết cấu bao gồm: Mở đầu có 5 trang trình bày tính cấp thiết, mục tiêu, nội dung, phương pháp nghiên cứu, ý nghĩa khoa học, ý nghĩa thực tiễn của luận án. Nội dung chính gồm 3 chương: Chương 1: Tổng quan vấn đề nghiên cứu gồm 33 trang; Chương 2: Nguyên liệu và phương pháp nghiên cứu, gồm có 20 trang; Chương 3: Kết quả nghiên cứu và thảo luận gồm có 62 trang; Phần kết luận và kiến nghị gồm 3 trang; Danh mục các công trình nghiên cứu đã công bố 1 trang. Ngoài ra, phần tài liệu tham khảo gồm 28 trang. Trong luận án tổng cộng có 39 bảng, 47 hình vẽ và đồ thị. Có 260 tài liệu tham khảo tiếng Anh là các bài báo được công bố trong tạp chí khoa học và sách. 5
CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN TÀI LIỆU 1.1. Giới thiệu chung về tinh bột 1.1.1. Đặc điểm cấu trúc hóa học của tinh bột Tinh bột là nguồn năng lượng chính của con người, được tích lũy dưới dạng carbohydrate dự trữ trong thực vật, đặc biệt là ở ngũ cốc, rễ và củ. Quá trình tổng hợp tinh bột diễn ra trong lục lạp và lạp bột, tạo thành các hạt có hình thái đa dạng tùy theo từng loài thực vật. Các hạt tinh bột có thể có dạng tròn, bầu dục, hình trứng, thon dài, phẳng hoặc đa diện, với kích thước dao động từ dưới 1 micron đến hơn 100 μm [15], [16]. Hàm lượng tinh bột trong thực vật không đồng nhất và chịu ảnh hưởng bởi nhiều yếu tố như điều kiện thời tiết, chất lượng đất và môi trường sinh trưởng. Tỷ lệ tinh bột trong thực vật dao động đáng kể, chiếm khoảng 40–90% trọng lượng hạt ngũ cốc, 30–70% trong rễ, 65–85% trong củ, 25–50% trong các loại đậu. Đặc biệt, ở một số loại trái cây chưa chín như chuối hoặc xoài, hàm lượng tinh bột có thể đạt tới 70% trọng lượng khô [17]. Hình 1.1. Cấu trúc phân tử amylose và amylopectin [18] Về mặt hóa học, tinh bột có công thức phân tử (C6H10O5)n, trong đó "n" có thể dao động từ vài trăm đến hơn một triệu. Tinh bột được cấu tạo từ các đơn vị α-glucose, liên kết với nhau thông qua các liên kết α-(1,4) và/hoặc α-(1,6) [19]. Các hạt tinh bột bao gồm hai loại polyme glucan là amylose và amylopectin. Trong hầu hết các loại tinh bột thông thường, amylopectin chiếm thành phần chủ yếu, chiếm khoảng 65-90% trọng lượng, trong khi amylose chỉ chiếm từ 10-35% (Hình 1.1). Tuy nhiên, có một số ngoại lệ như tinh bột giàu amylose (như lúa mạch chứa 46,5-48% amylose và ngô chứa 62,8-85,6% amylose) và tinh 6