CÔNG NGHỆ Tập san SINH VIÊN NGHIÊN CỨU KHOA HỌC ● Số 13.2023
328
KHOA H
ỌC
NGHIÊN CỨU BIẾN TÍNH HÓA HỌC TINH BỘT HẠT MÍT NHẰM LÀM TĂNG TỶ LỆ TINH BỘT KHÁNG TIÊU
RESEARCHING THE CHEMICAL MODIFICATION OF JACKFRUIT SEED STARCH TO INCREASE THE RESISTANT STARCH CONTENT Nguyễn Như Hưởng1, Nguyễn Thị Uyên1, Hoàng Phương Trang1, Nguyễn Thị Thùy Trang2, Vũ Minh Tân3,* TÓM TẮT Tinh bột là một trong những loại carbohydrate phổ biến nhất trên thế giớ
i
và được sử dụng rộng rãi trong ngành công nghiệp thực phẩm. Hạt mít có chứ
a
đến trên 70% là tinh bột. Trên thế giới có rất nhiều thực phẩm chứ
c năng có giá
trị dinh dưỡng cao được sản xuất từ hạt mít nhưng ở Việt Nam nó lại chưa đượ
c
quan tâm nhiều. Hạt mít cũng chứa hàm lượng kháng tiêu (RS -
Resistant
Starch) khá cao. Tinh bột kháng tiêu (RS - Resistant Starch) là một loạ
i
carbohydrate không thể tiêu hóa hoặc hấp thu ở đường tiêu hóa trên cơ thể
người. Thay vì bị tiêu hóa, tinh bột kháng tiêu vượt qua dạ dày và tiếp tụ
c đi vào
đại tràng, nơi nó phân hủy bởi vi khuẩn đường ruột. Vì thế, việc đẩy mạ
nh
nghiên cứu biến tính tinh bột là rất cần thiết và trên cơ sở đó, nhóm tác giả đ
ã
tiến hành nghiên cứu biến tính hóa học tinh bột hạt mít nhằm làm tăng tỉ lệtinh bột kháng tiêu nhằm làm tăng khả năng kháng tiêu, nâng cao giá trị s
ử
dụng cho nguồn nguyên liệu này. Từ khóa: Hạt mít, kháng tiêu. ABSTRACT
Starch is one of the most common types of carbohydrates worldwide and
is widely used in the food industry. Jackfruit seeds, for example, contain over
70% starch. While there
are many functional foods with high nutritional value
produced from jackfruit seeds worldwide, they have not received much
attention in Vietnam. Jackfruit seeds also contain a relatively high amount of
resistant starch (RS). Resistant starch is a type of c
arbohydrate that cannot be
digested or absorbed in the human digestive system. Instead of being digested,
resistant starch passes through the stomach and continues into the large
intestine, where it is fermented by gut bacteria. Therefore, it is necessary
to
intensify research on starch modification. Based on this, we research the
chemical modification of jackfruit seed starch to increase the resistant starch
content' aims to enhance the resistance properties and improve the utilization
value of this raw material source. Keywords: Jackfruit seed, resistant to digestion. 1Lớp Hóa thực phẩm 02 - K15, Khoa Công nghệ Hóa, Trường Đại học Công nghiệ
p
Hà Nội 2Lớp Hóa thực phẩm 03 - K15, Khoa Công nghệ Hóa, Trường Đại học Công nghiệ
p
Hà Nội 3Khoa Công nghệ Hóa, Trường Đại học Công nghiệp Hà Nội *Email: vuminhtan@haui.edu.vn 1. MỞ ĐẦU Tinh bột kháng tiêu (RS) là một dạng tinh bột không thể tiêu hóa được trong ruột non. Do đó, nó được phân loại là một loại chất xơ, đồng thời tinh bột đề kháng sẽ cung cấp khoảng 2 kcal/gam. Tinh bột kháng đi qua ruột non một cách nguyên vẹn và sau đó được lên men trong ruột già, tạo ra các axit béo mạch ngắn (SCFA) đóng vai trò như một nguồn năng lượng cho các tế bào ruột kết. Hạt mít được nhiều nghiên cứu công nhận là nguồn nguyên liệu mới cho tinh bột. Hạt mít chứa trung bình trên 60% tinh bột khô và có thể chứa một lượng RS kiểu II hợp lý do hàm lượng amylose tương đối cao 24 - 32%. Tinh bột hạt mít được sử dụng rộng rãi trong nhiều sản phẩm thực phẩm chế biến vì nó cung cấp đặc tính gel thích hợp cho các sản phẩm nướng khác nhau [1]. Tinh bột từ hai loại quả này có những đặc tính thú vị có khả năng ứng dụng trong các sản phẩm chức năng là có triển vọng [1, 2, 3]. Phosphoryl hóa là một phương pháp tạo liên kết ngang của tinh bột trong nó cũng làm tăng hàm lượng RS trong tinh bột. Trong ester hóa với natri trimetaphotphat (STMP) và natri tripolyphosphate (STPP), mạch kín và mạch hở tạo ra tinh bột một gốc phosphate (monophosphates monostarch), tinh bột hai gốc phosphate (diphosphates monostarch) và hình thức hai tinh bột liên kết với một gốc phosphates [4]. Gốc phosphates vừa có thể tạo ra trở ngại về không gian cho các enzyme cũng như sự liên kết với phần tử tinh bột liền kề bằng liên kết ngang có thể ngăn ɑ- amylase xâm nhập vào hạt [5]. Điều này thường được thực hiện trong môi trường kiềm (pH 10 – 12,5) theo tỉ lệ 99:1 (STMP:STPP) do STPP đã được chứng minh là có tác dụng ít hơn với việc làm tăng hàm lượng kháng tiêu so với STMP [5]. Trong một nghiên cứu khác của Woo và Seib, tinh bột lúa mì được liên kết ngang với thời gian khác nhau (1, 2, 5, 7h) được sử dụng 12% STMP/STPP (99:1) ở 45oC, pH 11,5, với 10% Na2SO4. Hàm lượng kháng tiêu tăng theo thời gian từ 35,5% đến 66,1% trong các mẫu tạo gel trước và với tốc độ phản ứng chậm ở phần cuối của thử nghiệm điều đó có thể là do lượng chất phản ứng giảm [5].
SCIENCE - TECHNOLOGY Số 13.2023 ● Tập san SINH VIÊN NGHIÊN CỨU KHOA HỌC 329
Sau một thời gian triển khai nghiên cứu về phản ứng phosphoryl hóa tinh bột hạt mít nhận thấy được rằng khả năng trương nở, độ bền đông băng giá, hàm lượng kháng tiêu… vẫn chưa đáp ứng được như dự kiến. Vì vậy, bài báo này nhằm gia tăng hàm lượng kháng tiêu cho tinh bột hạt mít nâng cao giá trị sử dụng cho nguồn nguyên liệu này. 2. THỰC NGHIỆM 2.1. Nguyên liệu Hạt mít tươi thuộc giống mít Thái thu mua ở các chợ thành phố Hà Nội. 2.2. Hóa chất - Natri hydroxit (NaOH khan), M = 40g/mol, độ tinh khiết ≥ 96%, xuất xứ Trung Quốc. - Natrihydrosunfit (NaHSO3), M = 104,061g/mol, d = 1,48g/cm3, độ tinh khiết ≥ 58,5%, xuất xứ Trung Quốc. - Etanol (C2H5OH): M = 46,07g/mol, độ tinh khiết 99,5%, xuất xứ Trung Quốc. - Ống chuẩn NaOH 0,1N, d = 1,01g/cm3 (20°C), xuất xứ Merck. - Axit clohidric (HCl), M = 36,46g/mol, nồng độ 35%, xuất xứ Trung Quốc. - Axit axetic (CH3COOH), M = 60,05g/mol, độ tinh khiết ≥ 99,5%, xuất xứ Trung Quốc. - Natri sunfat (Na2SO4), M = 142,04g/mol, độ tinh khiết ≥ 99 %, xuất xứ Trung Quốc. - Sodium tripolyphosphat (STPP), Na5P3O10, M = 367,86g/mol, xuất xứ Trung Quốc. - Sodium trimetaphosphat (STMP), (NaPO3)3, M = 305,89g/mol, độ tinh khiết 95%, xuất xứ Sigma. - Postadium hydroxit (KOH), M = 56,11g/mol, độ tinh khiết ≥ 85%, xuất xứ Trung Quốc. - Dung dịch chuẩn gốc amyloglucosidase 300U/ml, Sigma. - Kit thử K-RSTAR (xác định tinh bột kháng tiêu), Megazym. - Nước cất 2 lần. 2.3. Dụng cụ và thiết bị * Thiết bị: - Máy khuấy từ có gia nhiệt IKA RH basic 1; - Cân phân tích SHINKO GS 303; - Tủ sấy chân không Karl Kolb; - Máy đo độ nhớt RheolabQC Aton Paar GmbH; - Máy xay; - Máy lọc hút chân không; - Bếp điện; - Máy ly tâm; - Đồng hồ bấm giờ; - Máy đo quang phổ PerkinElmer Lambda 35 UV-Vis Spectrometer. * Dụng cụ: - Cốc thủy tinh 500ml, 2000ml, 5000ml; - Pipet thủy tinh, buret, đũa thủy tinh; - Ống đong, - Bình tam giác; - Bình định mức; - Giấy lọc; - Túi vải lọc; - Lưới lọc inox 200 mesh (75µm), 230 mesh (63µm), 270 mesh (53µm). 2.4. Phương pháp tiến hành 2.4.1. Tách và thu nhận tinh bột hạt mít Hình 1. Quy trình tách và thu nhận tinh bột từ hạt mít 2.4.2. Phosphoryl hóa tinh bột Phosphoryl hóa tinh bột bằng phương pháp gia nhiệt khô Cân 50g tinh bột cho vào cốc thủy tinh 250ml. Thêm 70ml nước cất chứa 2,5g Na2SO4 (Khối lượng Na2SO4 bằng 5% khối lượng tinh bột). Thêm hỗn hợp STMP/STPP. Sau đó chỉnh pH khoảng 11,5 bằng dung dịch NaOH 1M. Khuấy trong 1 giờ rồi đổ hỗn hợp ra đĩa petri, làm khô sấy đến độ ẩm nhỏ hơn 15% thì tăng nhiệt độ và tiếp tục sấy trong 2 giờ. Sản phẩm được làm nguội sau đó chuyển vào cốc phân tách trong 100ml nước cất. Lặp lại quá trình rửa, lọc bằng nước cất 3 lần. Tinh bột sau lọc rửa được làm khô ở 40oC. Phosphoryl hóa tinh bột bằng phương pháp huyền phù Cân 50g tinh bột cho vào cốc thủy tinh 250ml. Thêm 70ml nước cất chứa Na2SO4. Thêm hỗn hợp STMP/STPP. Chỉnh pH khoảng 11,5 bằng dung dịch NaOH 1M. Hỗn hợp được khuấy liên tục và đun nóng. Tiếp tục chỉnh pH của dung dịch khoảng 6,5 bằng dung dịch HCl 1M. Sau đó rửa bằng 150ml nước cất. Lặp lại quá trình rửa lọc 7 lần. Tinh bột sau lọc rửa được làm khô ở 40oC. 2.5. Phương pháp nghiên cứu đặc trưng cấu trúc, tính chất lý hóa 2.5.1. Phổ hồng ngoại (FT-IR) Được thực hiện trên quang phổ kế hồng ngoại biến đổi Fourier (FTIR) NEXUS 670 (Mỹ) tại Viện Kỹ thuật Nhiệt đới, Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam trong dải
CÔNG NGHỆ Tập san SINH VIÊN NGHIÊN CỨU KHOA HỌC ● Số 13.2023
330
KHOA H
ỌC
số sóng 400cm-1 đến 4000cm-1. Mẫu được sấy khô 2 ngày trong tủ sấy chân không ở 60oC và sử dụng kỹ thuật ép viên với KBr. 2.5.2. Nhiễu xạ tia X (XRD) Được thực hiện trên thiết bị nhiễu xạ tia X (Shimadzu, model XRD - 7000, EUA) tại Khoa Hóa học, Trường Đại học Khoa học Tự nhiên, Đại học quốc gia Hà Nội ở 40kV/30mA với bức xạ Cu (bước sóng λ = 1,5406 Å) và một bộ đơn sắc tinh thể than chì. Phạm vi quét 2θ là 5º - 50º với gia số 2º/phút. 2.5.3. Ảnh kính hiển vi điện tử quét (SEM) Được thực hiện trên kính hiển vi điện tử quét phát xạ trường FESEM Hitachi S-4800 (Singapore) tại Viện Khoa học Vật liệu, Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam. 2.5.4. Nhiệt lượng quét vi sai (DSC) Được thực hiện trên thiết bị phân tích nhiệt DSC 204F1 Phoenix tại Khoa Hóa học, Trường Đại học Khoa học Tự nhiên, Đại học quốc gia Hà Nội. Mẫu được đo trong khoảng từ nhiệt độ phòng đến 140oC, tốc độ gia nhiệt 2oC/phút, môi trường khí nitrogen. Lượng mẫu đo 10mg được cho vào chén nhôm trong thiết bị DSC. 2.6. Phương pháp phân tích, đánh giá các chỉ tiêu chất lượng của tinh bột 2.6.1. Độ thế của tinh bột photphat Độ thế (DS) của tinh bột photphat được tính theo công thức: DS = 
 Trong đó: P là % photpho của tinh bột photphat hoá. DS là độ thế. 2.6.2. Hàm lượng tinh bột kháng tiêu (AOAC 2002.02) Hàm lượng tiêu bột kháng tiêu được xác định theo phương pháp AOAC 2002.02. Nguyên tắc: Mẫu được ủ trong bể điều nhiệt cùng với hỗn hợp enzyme α-amylase và amyloglucosidase (AMG) tuyến tụy trong 16 giờ ở 37ºC, trong thời gian đó tinh bột không kháng tiêu bị hòa tan và thủy phân thành D-glucose dưới tác dụng đồng thời của 2 enzyme. Phản ứng được dừng lại bằng cách thêm một thể tích tương đương etanol và tinh bột kháng tiêu được thu hồi dưới dạng hạt nhờ ly tâm. RS sau đó được rửa 2 lần bằng cách phân tán trong etanol (50% thể tích) sau đó ly tâm lại, dung dịch được gạn bỏ. RS dạng hạt được hòa tan trong dung dịch KOH 2M trong bể nước đá bằng cách khuấy mạnh trên máy khuấy từ. Dung dịch được trung hòa bằng đệm axetat và tinh bột bị thủy phân hoàn toàn thành glucose với AMG. D-glucose được xác định bằng thuốc thử glucose oxidase/peroxidase (GOPOD) và đó chính là xác định hàm lượng RS của mẫu. Tinh bột không kháng tiêu (bị thủy phân) được xác định bằng cách gộp chất lỏng gạn và dung dịch rửa, điều chỉnh đến thể tích 100ml và xác định hàm lượng D-glucose bằng thuốc thử GOPOD. Tiến hành đo độ hấp thụ của mẫu phân tích trên thiết bị quang phổ UV-VIS, lấy giá trị tại λ = 510nm. Mẫu trắng là hỗn hợp dung dịch đệm natri acetate (100mM, pH = 4,5) với thuốc thử GOPOD. Mẫu chuẩn là hỗn hợp dung dịch D-glucose chuẩn với thuốc thử GOPOD. Hàm lượng tinh bột kháng tiêu được tính theo công thức: RS(%)=∆E × F × 90
W Trong đó: ∆E là độ hấp thụ quang của mẫu phân tích so với mẫu trắng; F là hệ số chuyển đổi từ độ hấp thụ sang microgam (F = 100 (µg D-glucose) chia cho độ hấp thụ GOPOD của 100 µg D-glucose này); W là khối lượng khô của mỗi phân tích (mg). 2.6.3. Hàm lượng tinh bột tiêu hóa nhanh (RDS), tinh bột tiêu hóa chậm (SDS) Nguyên tắc: Mẫu được ủ trong bể điều nhiệt cùng với hỗn hợp enzyme α-amylase và amylogluconidase (AMG) tuyến tụy ở 37oC trong 20 phút (RDS) hoặc 120 phút (SDS), trong thời gian đó tinh bột RDS (hoặc SDS) bị hòa tan và thủy phân thành D-glucose dưới tác dụng đồng thời của 2 enzyme. Phản ứng được dừng lại bằng cách thêm một thể tích tương đương etanol. Sau ly tâm, phần dịch chứa RDS/SDS pha loãng trong dung dịch đệm natri axetat (100mM, pH = 4,5). Dung dịch này được trộn kỹ và sau đó 0,1mL phần dịch chiết được ủ với 0,1mL AMG (100 U/mL) để thủy phân các vết maltose còn lại thành glucose và được đo bằng Thuốc thử GOPOD. Tiến hành đo độ hấp thụ của mẫu phân tích trên thiết bị quang phổ UV-VIS, Lấy giá trị tại λ = 510nm. Mẫu trắng là hỗn hợp dung dịch đệm natri acetate (100mM, pH = 4,5) với thuốc thử GOPOD. Mẫu chuẩn là hỗn hợp dung dịch D-glucose chuẩn, dung dịch đệm natri acetate (100mM, pH = 4,5) với thuốc thử GOPOD. Hàm lượng tinh bột tiêu hóa nhanh (RDS), tinh bột tiêu hóa chậm (SDS) được tính theo công thức: RDS (SDS)(%)=∆E × F × 45
W Trong đó: ∆E là độ hấp thụ quang của mẫu phân tích so với mẫu trắng; F là hệ số chuyển đổi từ độ hấp thụ sang microgam (F = 100 (µg D-glucose) chia cho độ hấp thụ GOPOD của 100µg D-glucose này); W là khối lượng khô của mỗi phân tích (mg). 2.7. Phương pháp phân tích, đánh giá tính năng của tinh bột 2.7.1. Độ nhớt Cách tiến hành như sau: Cân 10g mẫu tinh bột khô vào cốc thuỷ tinh 100ml. Thêm nước cất vào cốc cho đến khi tổng khối lượng nước và tinh bột là 100g. Cân tổng khối lượng tinh bột, nước cốc (m0). Đặt cốc lên bếp điện, khấy nhanh và tăng nhiệt độ chậm đến khi tinh bột trong cốc hồ hóa hoàn toàn. Sau đó bổ sung phần nước bị bay hơi bằng cách cân và thêm nước vào cốc cho đến khi đạt khối lượng
SCIENCE - TECHNOLOGY Số 13.2023 ● Tập san SINH VIÊN NGHIÊN CỨU KHOA HỌC 331
m0 ban đầu. Khuấy và làm lạnh mẫu nhanh đến 30oC, sau đó tiến hành đo độ nhớt trên máy đo độ nhớt RheolabQC. 2.7.2. Độ tan Khả năng trương nở và độ hoà tan xác định theo phương pháp của Nisit và cộng sự [6]. Cân khoảng 0,2g mẫu chuyển vào ống nghiệm, cân khối lượng ống nghiệm và mẫu. Dùng pipet hút chính xác 10ml nước cất thêm vào ống nghiệm, lắc đều trong 30 giây. Đưa ống nghiệm vào bể điều nhiệt (đã chỉnh ở các nhiệt độ khác nhau là 40, 50, 60 và 70ºC) trong 30 phút, sau 5 phút lắc đều một lần. Hỗn hợp được để nguội xuống nhiệt độ phòng, sau đó ly tâm với tốc độ 5000 vòng/phút trong 15 phút. Tách riêng phần cặn ly tâm và phần dịch. Đem sấy khô cả hai phần riêng biệt để xác định khả năng trương nở và độ hoà tan của tinh bột. Độ tan (%) tính theo công thức: 3m
WSI100
m
Trong đó: m3: khối lượng chất hoà tan trong dung dịch sau ly tâm (g); m: khối lượng mẫu thử. 2.7.3. Độ trương Khả năng trương nở (g/g mẫu) của tinh bột tính theo công thức:
1
2
m
SP
m
Trong đó: m1: khối lượng tinh bột sau ly tâm (g); m2: khối lượng tinh bột sau ly tâm đã sấy khô (g). 3. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 3.1. Photphat hóa bằng phương pháp gia nhiệt khô 3.1.1. Ảnh hưởng của nhiệt độ Để nghiên cứu ảnh hưởng của nhiệt độ đến độ thế và hàm lượng tinh bột kháng tiêu, phản ứng được tiến hành ở nhiệt độ từ 120 - 140oC, các điều kiện khác giữ không đổi: hàm lượng Na2SO4 5% khối lượng tinh bột, khối lượng hỗn hợp STMP/STPP 4% khối lượng tinh bột, tỷ lệ STMP/STPP = 99/1. Kết quả được trình bày trong bảng 1. Bảng 1. Ảnh hưởng của nhiệt độ đến độ thế và hàm lượng tinh bột kháng tiêu Nhiệt độ (oC) Hàm lượng P (%) Độ thế (DS) Hàm lượng RS (%) RDS (%) SDS (%) 120oC 0,192 0,010 32,36 ± 0,97 17,31 ± 0,25 50,42 ± 0,61 130oC 0,268 0,014 36,28 ± 0,43 15,22 ± 0,41 48,50 ± 0,30 140oC 0,332 0,018 34,14 ± 0,48 16,05 ± 0,22 49,36 ± 0,72 Kết quả cho thấy hàm lượng photpho tăng khi tăng nhiệt độ phản ứng. Nhiệt độ phản ứng cao hơn tạo thuận lợi cho quá trình phá vỡ liên kết hydro nội phân tử giữa các mạch tinh bột, cho phép các phân tử của tác nhân phản ứng tiếp cận các nhóm hydroxy hoạt động. Khi độ thế tăng, lượng liên kết ngang tăng, khả năng kháng enzym của tinh bột càng cao dẫn đến hàm lượng RDS, SDS giảm. Tuy nhiên, việc tăng nhiệt độ vượt quá một giới hạn nhất định cũng thúc đẩy các phản ứng, làm giảm độ tan của sản phẩm và làm giảm hàm lượng kháng tiêu. Ngoài ra, tinh bột photphat hoá ở trên 140°C có xu hướng chuyển sang màu vàng nâu. Có thể quan sát thấy rằng hồ tinh bột photphat hoá ở 130°C bền hơn so với trường hợp ở 120°C, 140°C. Nhiệt độ thích hợp được chọn là 130oC. 3.1.2. Ảnh hưởng của hàm lượng muối photphat Để nghiên cứu ảnh hưởng của hàm lượng muối photphat đến độ thế và hàm lượng tinh bột kháng tiêu, phản ứng được tiến hành với hàm lượng muối photphat thay đổi từ 4 - 10%. Các điều kiện khác giữ không đổi: Hàm lượng Na2SO4 5% khối lượng tinh bột, nhiệt độ 130oC, tỷ lệ STMP/STPP = 99/1. Kết quả được trình bày trong bảng 2. Bảng 2. Ảnh hưởng của hàm lượng muối photphat đến độ thế và hàm lượng tinh bột kháng tiêu Hàm lượng muối photphat (%) Hàm lượng P (%) Độ thế (DS) Hàm lượng RS (%) RDS (%) SDS (%) 4 0,268 0,014 36,28 ± 0,43 15,22 ± 0,41
48,50 ± 0,30
6 0,293 0,015 37,46 ± 0,32 14,63 ± 0,18
47,12 ± 0,63
8 0,345 0,018 40,68 ± 0,54 12,47 ± 0,20
46,05 ± 0,36
10 0,355 0,019 41,01 ± 0,47 12,34 ± 0,85
46,18 ± 0,44
Kết quả cho thấy, khi hàm lượng muối photphat tăng từ 4% lên 10% thì hàm lượng P trong sản phẩm tăng, độ thế tăng do khả năng liên kết của tinh bột với muối photphat tăng lên. Điều này có thể giải thích bởi hàm lượng các gốc photphat tăng lên làm tăng lượng các nhóm P=O trong phân tử, tạo liên kết ngang với các nhóm hydroxyl trong tinh bột nhiều hơn. Lượng liên kết ngang càng cao thì khả năng kháng enzym càng cao nên hàm lượng RDS, SDS càng giảm. Khi tăng hàm lượng muối photphat cao đến 10%, khả năng liên kết giữa tinh bột với muối photphat cũng tăng nghĩa là liên kết ngang tăng lên hàm lượng tinh bột kháng tiêu lại có xu hướng tăng không đáng kể. Do đó, để quá trình photphat hóa bằng phương pháp gia nhiệt khô đạt hiệu quả, lựa chọn hàm lượng muối photphat là 8% cho những khảo sát tiếp theo. 3.1.3. Ảnh hưởng của tỷ lệ STMP/STPP Bảng 3. Ảnh hưởng của tỷ lệ STMP/STPP đến độ thế và hàm lượng tinh bột kháng tiêu Tỷ lệ STMP/ STPP Hàm lượng P (%) Độ thế (DS) Hàm lượng RS (%) RDS (%) SDS (%) 100/0 0,343 0,018 40,95 ± 0,64 12,51 ± 0,11 46,30 ± 0,30 99/1 0,345 0,018 40,68 ± 0,54 12,47 ± 0,20 46,05 ± 0,36 75/25 0,259 0,014 36,25 ± 0,90 15,81 ± 0,15 48,70 ± 0,70 50/50 0,178 0,009 32,09 ± 1,01 16,71 ± 0,20 50,85 ± 0,52
CÔNG NGHỆ Tập san SINH VIÊN NGHIÊN CỨU KHOA HỌC ● Số 13.2023
332
KHOA H
ỌC
25/75 0,091 0,005 29,71 ± 0,67 17,48 ± 0,12 52,43 ± 0,14 1/99 0,048 0,003 27,50 ± 0,85 19,20 ± 0,35 53,06 ± 0,18 0/100 0,020 0,001 26,02 ± 0,30 20,03 ± 0,21 53,91 ± 0,24 Để nghiên cứu ảnh hưởng của tỷ lệ STMP/STPP đến độ thế và hàm lượng tinh bột kháng tiêu, phản ứng tiến hành với các tỷ lệ STMP/STPP khác nhau, các điều kiện khác giữ không đổi: hàm lượng Na2SO4 5% khối lượng tinh bột, nhiệt độ 130oC, khối lượng hỗn hợp STMP/STPP 8% khối lượng tinh bột. Kết quả được trình bày trong bảng 3. Kết quả cho thấy độ thế giảm khi giảm tỷ lệ STMP/STPP, hàm lượng P giảm, hàm lượng tinh bột kháng tiêu cũng giảm theo. Khi tỉ lệ STMP/STPP đạt 100/0 và 99/1, hàm lượng tinh bột kháng tiêu đạt giá trị cao nhất và thay đổi không đáng kể, nhưng khi tỷ lệ này giảm xuống 1/99 hay 0/100, hàm lượng tinh bột kháng tiêu giảm rất nhanh và gần như bằng với hàm lượng kháng tiêu trong tinh bột hạt mít tự nhiên (25,15 ± 0,52%). Điều này là do nhóm hydroxyl của tinh bột kém linh động và khả năng hoạt động của chúng phụ thuộc vào tác nhân phản ứng với chúng. Liên kết ngang nhanh chóng với STMP/STPP có thể đạt được không chỉ nhờ sự kết hợp của độ pH cao, nhiệt độ cao và nồng độ natri sulfat mà còn bằng cách tăng hàm lượng STMP. Nên STMP là tác nhân photphat hóa hiệu quả hơn STPP, việc tăng tỷ lệ STMP đã làm tăng liên kết ngang. Do đó nồng độ tác nhân phản ứng càng cao thì số phân tử chất phản ứng có sẵn trong vùng lân cận với các nhóm hydroxyl của tinh bột càng nhiều vì vậy làm tăng khả năng photphat hoá [7]. Tương tự, hàm lượng RDS, SDS giảm khi tỷ lệ STMP/STPP giảm, nghĩa là hàm lượng RDS, SDS giảm khi lượng liên kết ngang giảm. Hàm lượng RDS, SDS có thể bị ảnh hưởng bởi nhiều yếu tố khác nhau như hàm lượng amylozơ, khả năng trương nở, diện tích bề mặt và cấu trúc hạt tinh bột (Shin, Kim, Ha, Lee & Moon cũng có những nghiên cứu tương tự [8]). Đặc biệt sự trương nở của hạt tinh bột có khả năng tăng cường khả năng tiếp cận của các enzym tiêu hóa với cấu trúc bên trong của nó, nên tinh bột liên kết ngang có hệ số trương nở thấp hơn, ít bị phân hủy hơn do sự tấn công của các enzym tiêu hóa để làm giảm hàm lượng RDS, SDS [9, 10]. Do đó, lựa chọn tỷ lệ STMP/STPP phù hợp là 99/1. Như vậy, hàm lượng tinh bột kháng tiêu đạt cực đại là 40,68 ± 0,54% khi photphat hóa tinh bột hạt mít bằng phương pháp gia nhiệt khô với các điều kiện phù hợp là: - Hàm lượng Na2SO4 5% khối lượng tinh bột - Nhiệt độ 130oC - Khối lượng hỗn hợp STMP/STPP 8% khối lượng tinh bột - Tỷ lệ STMP/STPP = 99/1. 3.2. Photphat hóa bằng phương pháp huyền phù 3.2.1. Ảnh hưởng của nhiệt độ Để nghiên cứu ảnh hưởng của nhiệt độ đến độ thế và hàm lượng tinh bột kháng tiêu, phản ứng được tiến hành ở nhiệt độ từ 50 - 70oC, các điều kiện khác giữ không đổi: hàm lượng Na2SO4 10% khối lượng tinh bột, khối lượng hỗn hợp STMP/STPP 12% khối lượng tinh bột, tỷ lệ STMP/STPP = 99/1. Kết quả được trình bày trong bảng 4. Bảng 4. Ảnh hưởng của nhiệt độ đến độ thế và hàm lượng tinh bột kháng tiêu Nhiệt độ (oC)
Hàm lượng P (%) Độ thế (DS) Hàm lượng RS (%) RDS (%) SDS (%) 50oC 0,380 0,020 48,50 ± 0,86 11,43 ± 0,38 39,77 ± 0,62 60oC 0,332 0,018 45,07 ± 1,08 14,54 ± 0,20 41,05 ± 0,09 70oC 0,285 0,015 41,24 ± 0,87 16,38 ± 0,18 43,56 ± 0,33 Kết quả cho thấy hàm lượng photpho giảm khi nhiệt độ phản ứng tăng từ 50oC lên 70oC. Khả năng liên kết giữa tinh bột với muối photphat cũng giảm dần dẫn đến giảm hàm lượng tinh bột kháng tiêu, hàm lượng RDS, SDS tăng dần. Hàm lượng tinh bột kháng tiêu đạt giá trị cao nhất là 48,50% tại 50oC (tăng 23,35% so với ban đầu). Do đó, lựa chọn nhiệt độ tối ưu cho quá trình photphat hóa bằng phương pháp huyền phù là 50oC. 3.2.2. Ảnh hưởng của hàm lượng muối photphat Để nghiên cứu ảnh hưởng của hàm lượng muối photphat đến độ thế và hàm lượng tinh bột kháng tiêu, phản ứng được tiến hành với hàm lượng muối photphat thay đổi từ 6 - 12%, các điều kiện khác giữ không đổi: Hàm lượng Na2SO4 10% khối lượng tinh bột, nhiệt độ 50oC, tỷ lệ STMP/STPP là 99/1. Kết quả được trình bày trong bảng 5. Bảng 5. Ảnh hưởng của hàm lượng muối photphat đến độ thế và hàm lượng tinh bột kháng tiêu Hàm lượng muối photphat (%) Hàm lượng P (%) Độ thế (DS) Hàm lượng tinh bột kháng tiêu (%) RDS (%) SDS (%) 6 0,242 0,013 31,14 ± 0,25 18,46 ± 0,28
51,35 ± 0,14
8 0,306 0,016 38,46 ± 0,48 16,22 ± 0,11
46,18 ± 0,23
10 0,354 0,019 43,27 ± 0,70 14,36 ± 0,64
43,48 ± 0,91
12 0,380 0,020 48,50 ± 0,86 11,43 ± 0,38
39,77 ± 0,62
14 0,443 0,023 50,54 ± 0,35 10,11 ± 1,12
39,55 ± 0,87
Kết quả cho thấy khi hàm lượng photphat tăng các phân tử tinh bột tạo liên kết ngang nhiều hơn dẫn đến hàm lượng photpho cao hơn. Điều này làm giảm thể tích trương nở và sự gia tăng khả năng kháng enzyme cho thấy các phân tử photpho đã hình thành cầu nối liên phân tử [7]. Mức độ phopho tỷ lệ thuận với hàm lượng RS. Điều này được giải thích là gốc photphat vừa có thể tạo ra cản trở về không gian đối với các enzym cũng như liên kết với các phân tử tinh bột liền kề bằng liên kết ngang. Do đó hàm lượng RDS, SDS giảm. Mức độ liên kết ngang càng cao thì khả năng kháng enzym của tinh bột càng cao. Khi tăng hàm lượng photphat lên 14%, hàm lượng photpho và RS đạt giá trị cực đại. Nhưng theo Cơ quan quản lý Thực phẩm và Dược phẩm Hoa Kỳ (The U.S. Food an Drug Administration - FDA) đã quy định hàm lượng photphat liên kết cho phép trong tinh bột thực phẩm biến tính là 0,4%. Do đó, chọn hàm lượng photphat phù hợp là 12%.