Tóm tắt Luận án Tiến sĩ Công nghệ thực phẩm: Nghiên cứu quá trình thuỷ phân tinh bột khoai lang bằng phương pháp enzyme tạo tinh bột tiêu hoá chậm và isomaltooligosaccharide nhằm ứng dụng trong thực phẩm

Chia sẻ: _ _ | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:27

Thêm vào BST

Báo xấu

17
lượt xem 6
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Mục tiêu nghiên cứu của đề tài "Nghiên cứu quá trình thuỷ phân tinh bột khoai lang bằng phương pháp enzyme tạo tinh bột tiêu hoá chậm và isomaltooligosaccharide nhằm ứng dụng trong thực phẩm" nhằm xác định đặc điểm hình thái, cấu trúc và tính chất lý hoá của tinh bột khoai lang Việt Nam; Nghiên cứu xác định phương pháp thu nhận tinh bột tiêu hóa chậm (SDS) từ tinh bột khoai lang...

Chủ đề:

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

Lưu

Nội dung Text: Tóm tắt Luận án Tiến sĩ Công nghệ thực phẩm: Nghiên cứu quá trình thuỷ phân tinh bột khoai lang bằng phương pháp enzyme tạo tinh bột tiêu hoá chậm và isomaltooligosaccharide nhằm ứng dụng trong thực phẩm

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI DƯƠNG HỒNG QUÂN NGHIÊN CỨU QUÁ TRÌNH THUỶ PHÂN TINH BỘT KHOAI LANG BẰNG PHƯƠNG PHÁP ENZYME TẠO TINH BỘT TIÊU HOÁ CHẬM VÀ ISOMALTOOLIGOSACCHARIDE NHẰM ỨNG DỤNG TRONG THỰC PHẨM Ngành: Công nghệ thực phẩm Mã số: 9540101 TÓM TẮT LUẬN ÁN TIẾN SĨ CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM Hà Nội - 2022
Công trình được hoàn thành tại Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC 1. PGS. TS. LƯƠNG HỒNG NGA 2. PGS. TS. VŨ THU TRANG Phản biện 1: Phản biện 2: Phản biện 3: Luận án được bảo vệ trước Hội đồng đánh giá luận án tiến sĩ cấp Trường họp tại Trường Đại học Bách khoa Hà Nội Vào hồi …….. giờ, ngày ….. tháng ….. năm….. Có thể tìm hiểu luận án tại thư viện: 1. Thư viện Tạ Quang Bửu - Trường ĐHBK Hà Nội 2. Thư viện Quốc gia Việt Nam
MỞ ĐẦU 1. Tính cấp thiết của luận án Khoai lang được chú trọng canh tác ở nhiều nơi trên cả nước từ đồng bằng đến miền núi, duyên hải miền Trung và vùng đồng bằng sông Cửu Long. Năm 2019, ước tính diện tích trồng khoai lang khoảng 116,7 nghìn ha với sản lượng hơn 1,4 triệu tấn [2]. Phần lớn khoai lang Việt Nam được trồng để thu hoạch củ dùng làm thực phẩm ăn tươi, phục vụ xuất khẩu, chế biến thực phẩm và chế biến thức ăn gia súc. Việc nâng cao giá trị kinh tế cho khoai lang vẫn còn rất nhiều khả năng khai thác và cũng là bài toán cấp thiết cho một quốc gia phát triển nông nghiệp như Việt Nam. Các sản phẩm thực phẩm chức năng có nguồn gốc từ tinh bột là một hướng đi tiềm năng lớn do tinh bột là nguồn nguyên liệu dễ tìm, giá thành thấp và dễ dàng sản xuất quy mô lớn. Tinh bột tiêu hóa chậm (SDS) có khả năng giải phóng năng lượng một cách chậm hơn đáng kể so với tinh bột tự nhiên [6] và isomaltooligosaccharide (IMO) vốn được biết đến là thành phần prebiotics [7] đang là những sản phẩm được tập trung nghiên cứu, phát triển và sản xuất với sản lượng lớn trên thế giới do những đặc tính quý báu mà nó mang lại [8] [9]. Đặc biệt với những bệnh nhân tiểu đường, béo phì, cholesterol cao và các bệnh liên quan đến đường ruột. Cả hai với những giá trị to lớn đã được chứng minh giúp cải thiện sức khỏe con người một cách an toàn và hiệu quả. Tuy nhiên, các công trình nghiên cứu trong nước chưa quan tâm nhiều đến tạo ra SDS. Bên cạnh đó, tại Việt nam, một công trình duy nhất đã công bố nghiên cứu về quy trình sản xuất IMO từ tinh bột sắn của TS. Đỗ Trọng Hưng năm 2012 [10] mới dừng lại ở xác định tổng IMO mà chưa phân định được các IMO thành phần, ngoài ra chưa có công trình nào nghiên cứu về quy trình sản xuất IMO từ các loại tinh bột khác, cũng như từ tinh bột khoai lang nói riêng. Do đó, đề tài “Nghiên cứu quá trình thuỷ phân tinh bột khoai lang bằng phương pháp enzyme tạo tinh bột tiêu hoá chậm và isomaltooligosaccharide nhằm ứng dụng 1
trong thực phẩm” đã tiến hành nghiên cứu các đặc tính của tinh bột các giống khoai lang Việt Nam và biến tính tinh bột khoai lang tạo SDS và IMO nhằm giúp các nhà khoa học và nhà sản xuất có định hướng nghiên cứu và sản xuất ứng dụng các sản phẩm này. 2. Mục tiêu nghiên cứu - Xác định đặc điểm hình thái, cấu trúc và tính chất lý hoá của tinh bột khoai lang Việt Nam - Nghiên cứu xác định phương pháp thu nhận tinh bột tiêu hóa chậm (SDS) từ tinh bột khoai lang - Nghiên cứu xác định phương pháp thu nhận isomaltooligosaccharide (IMO) từ tinh bột khoai lang - Đánh giá khả năng ứng dụng SDS và IMO trong sản xuất thực phẩm 3. Nội dung nghiên cứu - Nghiên cứu đặc tính tinh bột khoai lang và khả năng thu hồi tinh bột của các giống khoai Việt Nam - Nghiên cứu điều kiện thu nhận SDS và đặc tính của SDS thành phẩm - Nghiên cứu điều kiện thu nhận IMO và đặc tính của IMO thành phẩm - Ứng dụng SDS và IMO trong sản xuất thực phẩm 4. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của luận án a) Ý nghĩa khoa học - Kết quả có hệ thống về tính chất hóa lý của tinh bột khoai lang các giống khoai lang phổ biến ở Việt nam là đóng góp đáng tin cậy cho nguồn tư liệu khoa học về các giống khoai lang Việt Nam - Xác lập giải pháp công nghệ thu nhận tinh bột tiêu hóa chậm và isomaltooligosaccharide từ tinh bột khoai lang Hoàng Long - Kết quả nghiên cứu về tác động của các enzyme trong nghiên cứu sản xuất IMO đã chỉ rõ hơn sự phân cắt và gắn nhánh trên mạch tinh bột khoai lang dưới tác dụng của enzyme tạo ra những 2
sản phẩm tương ứng khác nhau, là tiền đề giúp các nhà nghiên cứu và sản xuất đánh giá rõ hơn về sản phẩm này. - Kết quả nghiên cứu đã chỉ rõ kết hợp giữa enzyme và tác động nhiệt thấp làm thoái hóa tinh bột giúp làm tăng hàm lượng SDS từ tinh bột khoai lang. b) Ý nghĩa thực tiễn - Nghiên cứu về tính chất lý hóa của tinh bột các giống khoai lang Việt Nam là cơ sở giúp các nhà khoa học, nông nghiệp, sản xuất trong lựa chọn giống trồng trọt và chế biến. - Tạo sản phẩm mới từ tinh bột khoai lang với các đặc tính có lợi sức khỏe, phù hợp với xu thế thị trường thế giới, và là giải pháp giúp nâng cao giá trị thương mại cho khoai lang Việt Nam - Kết quả nghiên cứu tạo IMO và SDS từ tinh bột khoai lang cùng các đặc tính của chúng giúp các nhà sản xuất có sự lựa chọn phù hợp khi muốn sản xuất các sản phẩm này hoặc ứng dụng những sản phẩm này vào sản xuất thực phẩm. - Kết quả của nghiên cứu là có thể là tài liệu tham khảo cho giảng dạy, nghiên cứu, là cơ sở cho các thử nghiệm ứng dụng trong quy mô công nghiệp, từ đó đa dạng hóa các con đường chế biến tạo thành phẩm có giá trị thương mại cao cho tinh bột khoai lang nói riêng và củ khoai lang tươi Việt Nam nói chung. 5. Những điểm mới của luận án - Luận án là công trình nghiên cứu đầy đủ về các tính chất lý hóa và cấu trúc của tinh bột các giống khoai lang Việt nam, là cơ sở giúp các nhà khoa học, nông nghiệp, sản xuất trong lựa chọn giống trồng trọt và chế biến. - Luận án là công trình đầu tiên tại Việt nam đã đưa ra quy trình sản xuất tinh bột tiêu hóa chậm (SDS) sử dụng công nghệ enzyme kết hợp thoái hóa, cụ thể là tinh bột khoai lang. Đồng thời là công trình đầu tiên nghiên cứu về tính chất của SDS tại Việt Nam. - Luận án là công trình đầu tiên đưa ra quy trình sản xuất IMO từ tinh bột khoai lang tại Việt nam. Hỗn hợp isomaltooligosaccharide sản phẩm được tinh chế và định lượng dựa vào HPLC-RID mang lại kết quả có độ chính xác cao. 6. Cấu trúc của luận án 3
Luận án được cấu trúc bao gồm các nội dung chính như sau: Mở đầu; Chương 1. Tổng quan tài liệu; Chương 2. Vật liệu và Phương pháp nghiên cứu; Chương 3. Kết quả và thảo luận; Kết luận và kiến nghị. Chương 1. TỔNG QUAN TÀI LIỆU Chương này trình bày tổng quan về các đối tượng nghiên cứu trong luận án, bao gồm cây khoai lang, tinh bột khoai lang, một số nhóm enzyme tác dụng lên tính chất tinh bột, sản phẩm của quá trình thủy phân tinh bột khoai lang: tinh bột tiêu hóa chậm (SDS) và isomaltooligosaccharide (IMO) và tiềm năng ứng dụng của chúng trong sản xuất thực phẩm. 1.1. Tổng quan về cây khoai lang 1.1.1. Nguồn gốc của cây khoai lang 1.1.2. Đặc điểm hình thái cây khoai lang 1.1.3. Giá trị dinh dưỡng của khoai lang Củ khoai lang rất giàu tinh bột, protein, chất xơ, lipid, polyphenol, carotenoid, vitamin và các nguyên tố khoáng). Carbohydrate là thành phần dinh dưỡng chính, chiếm 80 – 90% chất khô trong củ khoai lang. Trong đó, tinh bột chiếm 60 – 70% khối lượng khô, hoặc thấp hơn đáng kể [19]. 1.1.4. Tình hình sản xuất và tiêu thụ khoai lang Khoai lang được chú trọng canh tác ở khắp mọi nơi trên cả nước. Năm 2019, ước tính diện tích trồng khoai lang khoảng 116,7 nghìn ha với sản lượng hơn 1,4 triệu tấn [2]. Ở Việt Nam hiện nay, khoai lang chủ yếu được trồng để thu hoạch củ dùng làm thực phẩm ăn tươi, phục vụ xuất khẩu, chế biến thực phẩm và chế biến thức ăn gia súc. 1.1.5. Một số giống khoai phổ biến ở Việt Nam (1) Khoai lang Hoàng Long; (2) Khoai lang Hưng Lộc 4 (HL4); (3) Khoai lang Nhật đỏ (HL518); (4) Khoai lang Nhật vàng (Kokey 14); (5) Khoai lang Nhật tím (HL491); (6) Khoai lang Nhật tím 1 (Murasa Kimasari); (7) Khoai lang Nhật trắng (HL284); (8) Khoai lang KB1. 4
1.2. Tổng quan về tinh bột khoai lang 1.2.1. Hình dạng và kích thước của hạt tinh bột khoai lang Các loại tinh bột khoai lang khác nhau có kích thước hạt khác nhau dẫn đến sự khác biệt về tính chất của chúng. 1.2.2. Cấu trúc của tinh bột khoai lang Tinh bột có cấu trúc bán tinh thể, bao gồm hai phần kết tinh và vô định hình. Vùng vô định hình tương ứng với vùng điểm nhánh của phân tử amylopectin, trong khi vùng tinh thể được tạo thành từ cụm các chuỗi amylopectin [45]. Amylose chủ yếu tạo nên các vùng vô định hình được phân bố ngẫu nhiên giữa các nhóm amylopectin [46]. 1.2.3. Tính chất của tinh bột khoai lang (1) Tính hòa tan; (2) Khả năng trương nở; (3) Sự hồ hóa; (4) Độ trong của hồ tinh bột; (5) Khả năng tạo gel; (6) Sự thoái hóa gel; (7) Phản ứng thủy phân; (8) Phản ứng tạo phức. 1.3. Các sản phẩm của quá trình thủy phân tinh bột khoai lang và tiềm năng ứng dụng trong sản xuất thực phẩm 1.3.1. Tinh bột tiêu hóa chậm (SDS): thu nhận và tiềm năng ứng dụng trong sản xuất thực phẩm Dựa trên mục đích dinh dưỡng, tinh bột trong thực phẩm được phân loại thành tinh bột tiêu hóa nhanh (RDS), tinh bột tiêu hóa chậm (SDS) và tinh bột kháng tiêu hóa (RS). Trong đó, SDS là phần tinh bột được tiêu hóa trong khoảng thời gian từ 20 phút đến 120 phút. Xử lý tinh bột bằng enzyme pullulanase, isoamylase, α-amylase, β-amylase, hoặc transglucosidase có khả năng tiêu hóa và chỉ số đường huyết theo mong đợi [6]. Tinh bột tiêu hóa chậm cũng được sản xuất bằng phương pháp enzyme kết hợp thoái hóa để gia tăng hàm lượng SDS thu được. 1.3.2. Isomaltooligosaccharide (IMO): thu nhận và khả năng ứng dụng trong sản xuất thực phẩm Isomaltooligosaccharides (IMO) là các phân tử ngắn tuyến tính của các đơn vị D-glucose được liên kết bởi α-1,6 glycosidic. Tuy nhiên, trong định nghĩa rộng hơn, chúng được chấp nhận là các 5
glucooligosaccharide phân nhánh và tạo vòng với các đơn vị glucose được liên kết với nhau bằng liên kết α-1,6 glycosidic, α- 1,3 glycosidic, α-1,2 glycosidic, hoặc ngay cả khi kết hợp với liên kết α-1,4 glycosidic. Hỗn hợp IMO có chỉ số đường huyết thấp và được phân loại là prebiotics. Ngoài liên kết α-1,4 glycosidic trong phân tử, các liên kết còn lại của IMO không dễ bị thủy phân bởi hệ enzyme đường ruột. Đây cũng là cơ chất thích hợp cho hoạt động của các vi sinh vật có lợi trong đường ruột như Lactobacilli và Bifidobacteria. Theo quy trình phân đoạn, sản xuất IMO từ tinh bột sử dụng các bước bao gồm dịch hóa (α-amylase), đường hóa (β-amylase), gắn nhánh (transglucosidase) và tinh chế. Khi kết hợp quá trình đường hóa và gắn nhánh được sử dụng để sản xuất IMO từ tinh bột sau dịch hóa cho hiệu quả cao hơn so với quy trình thông thường, nâng cao hiệu suất tạo thành IMO [144], [147], [148]. 1.4. Một số nhóm enzyme tác dụng lên tính chất tinh bột 1.4.1. Enzyme α- amylase Enzyme α- amylase xúc tác quá trình thủy phân liên kết α-1,4 glycosidic của các polysaccharide như amylose và amylopectin, glycogen hoặc các sản phẩm thoái hóa của chúng [152]. 1.4.2. Enzyme β – amylase Beta – amylase (β – amylase) là một exo-enzyme, xúc tác thủy phân các liên kết α-1,4 glycosidic của amylose và amylopectin từ đầu không khử của mạch và giải phóng các đơn vị maltose. 1.4.3. Enzyme pullulanase Pullulanase (enzyme khử nhánh) thủy phân liên kết α-1,6 glycosidic trong amylopectin, glycogen và các polymer liên quan, được bổ sung nhằm cải thiện hiệu suất quá trình đường hóa. 1.4.4. Enzyme transglucosidase Transglucosidase ưu tiên xúc tác sự hình thành các liên kết α- 1,6 glycosidic ngoài quá trình thủy phân, dẫn đến việc tạo thành các liên kết α-1,6 glycosidic. 1.4.5. Enzyme glucanotransferase 6
Enzyme glucanotransferase xúc tác phản ứng chuyển chuỗi α-1,4 glucan đến vị trí mới trong phân tử glucan nhận. Enzyme ứng dụng điển hình trong tổng hợp tinh bột tiêu hóa chậm có thể kể tới enzyme gắn nhánh BE (branching enzyme) và amylomaltase. Chương 2. VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 2.1. VẬT LIỆU NGHIÊN CỨU 2.1.1. Nguyên liệu tinh bột khoai lang Khoai lang củ tươi được thu mua trong ngày thu hoạch, sau đó tiến hành tách và thu nhận tinh bột cùng ngày tại phòng thí nghiệm C4-209, Đại học Bách Khoa Hà Nội. Sáu giống khoai lang được lựa chọn bao gồm: Hoàng Long cũ (HLC), Hoàng Long mới (HLM), Nhật Gia Lai (NGL), Nhật Đà Lạt (NDL), Nhật ruột trắng (NRT), Nhật ruột vàng (NRV). 2.1.2. Chế phẩm enzyme • Chế phẩm enzyme α-amylase (EC 3.2.1.1): Spezyme Alpha (5717 CU/g), Spezyme Xtra (4392 CU/g); Liquozyme SC DS (3678 CU/g) và Termamyl SC DS (504 CU/g); α-amylase porcine pancreas (≥ 5U/mg) • Chế phẩm enzyme transglucosidase (EC 3.2.1.20) từ Aspergillus niger (1000 U/ml); enzyme β-amylase (EC 3.2.1.2) từ đại mạch (11000 U/ml); enzyme pullulanase (EC 3.2.1.41) từ Bacillus licheniformis (900 U/ml); amyloglucosidase (EC 3.2.1.3) (3260 U/ml); invertase (EC 3.2.1.26) (2000 U/ml) hãng Megazyme. • Bộ kit phân tích D-Glucose (GOPOD Format) của hãng Megazyme. 2.2. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 2.2.1. Bố trí thí nghiệm 2.2. Phương pháp nghiên cứu 2.2.1. Phương pháp công nghệ 2.2.1.1. Phương pháp tách và thu hồi tinh bột 7
Tinh bột khoai lang được thu nhận dựa trên phương pháp của Talele và cộng sự (2015) với một vài thay đổi [197]. Tinh bột thu được đạt độ ẩm dưới 12%. 2.2.1.2. Quy trình sản xuất miến dong 2.2.2. Phương pháp bố trí thí nghiệm Hình 2.2: Bố trí thí nghiệm thu Hình 2.3: Bố trí thí nghiệm thu hồi SDS từ tinh bột khoai lang hồi IMO từ tinh bột khoai lang bằng phương pháp phân đoạn Hình 2.4: Bố trí thí nghiệm thu hồi IMO từ tinh bột khoai lang bằng phương pháp đường hóa – gắn nhánh đồng thời 2.2.3. Phương pháp phân tích 2.2.3.1. Phương pháp hóa sinh (1) Xác định hàm lượng tinh bột bằng phương pháp DNS (2) Xác định hàm lượng amylose theo TCVN 5716-1: 2008 8
(3) Xác định hàm lượng carbohydrate tổng số bằng phương pháp phenol – axit sulfuric (4) Xác định hàm lượng tinh bột sót bằng phương pháp phenol – axit sulfuric (5) Xác định chiều dài mạch của phân tử tinh bột (6) Xác định mức độ thủy phân của tinh bột (7) Xác định mức độ tiêu hóa của tinh bột bằng phương pháp Englyst Kết quả hàm lượng tinh bột tiêu hóa nhanh (RDS), tinh bột tiêu hóa chậm (SDS) và tinh bột kháng tiêu hóa (RS) được tính toán như sau: % RDS = (G20 – FG) × 0,9 x 100 % SDS = (G120 – G20) × 0,9 x 100 % RS = (TG - FG) × 0,9 100 - %RDS - %SDS Trong đó: TG: Tổng hàm lượng glucose; G20: Tổng hàm lượng glucose sau 20 phút tiêu hóa; G120: Tổng hàm lượng glucose sau 120 phút tiêu hóa. (8) Xác định hoạt độ enzyme α-amylase bằng phương pháp Ceralpha (9) Xác định hoạt độ enzyme β–amylase bằng kit Betamyl-3 (10) Xác định hoạt độ pullulanase sử dụng Red-Pullulan (11) Xác định hoạt độ transglucosidase sử dụng maltose (12) Định tính thành phần hỗn hợp đường bằng sắc kí bản mỏng (TLC) Bản sắc ký mỏng TLC Silica gel 60 F254 (20 cm × 20 cm; Merck KGaA, Germany); dung môi n-butanol: isopropanol: nước (50: 25: 20 v/ v/ v) và dung dịch nhúng: ethanol chứa 5g/ l α-naphthol và 50 ml/l H2SO4. (13) Phương pháp loại bỏ đường glucose, maltose, maltotriose trong hỗn hợp IMO sản phẩm bằng nấm men Saccharomyces cerevisiae Chủng nấm men lên men bia Saccharomyces cerevisiae var. diastaticus BE 134 (hãng Fermentis) được sử dụng để loại bỏ các đường không mong muốn như glucose, maltose, maltotriose. 9
(14) Xác định hàm lượng thành phần oligosaccharides bằng máy sắc ký lỏng hiệu năng cao (HPLC) Hệ thống sắc ký lỏng cao áp RID (HPLC 1290 - Agilent) được sử dụng sử dụng trong toàn bộ nghiên cứu này. Chất chuẩn oligosaccharide bao gồm glucose, maltose, maltotrinose (G3), maltotetraose (G4), maltopentaose (G5), maltohexaose (G6), maltoheptaose (G7), maltooctaose (G8), maltononaose (G9), maltodecaose (G10), isomaltose (IMO2), isomaltotriose (IMO3), isomaltotetraose (IMO4). Hàm lượng IMO trong dịch IMO sản phẩm được tính bằng tổng hàm lượng IMO2, IMO3, IMO4 và kí hiệu là IMO234 (g/l). 2.2.3.2. Phương pháp hóa lý và vật lý (1) Xác định hình dạng hạt tinh bột bằng kính hiển vi điện tử quét (SEM) (2) Xác định kích thước hạt tinh bột bằng tán xạ laser (3) Xác định khả năng hấp thụ nước của tinh bột (4) Xác định khả năng hoà tan của tinh bột (5) Xác định đặc tính hồ hóa của tinh bột bằng phương pháp RVA (6) Xác định mức độ thoái hoá gel tinh bột (7) Xác định độ dai miến dong bằng máy phân tích cấu trúc (8) Phương pháp đo màu miến dong (9) Phương pháp xác định chất lượng nấu của miến dong 2.2.4. Phương pháp thống kê và xử lý số liệu Dữ liệu được phân tích bằng cách sử dụng phân tích phương sai (ANOVA). Sự khác biệt giữa các giá trị (p < 0,05) được phân tích kiểm định Duncan sử dụng phần mềm thống kê SPSS phiên bản 20 (SPSS Inc., Chicago, IL, Hoa Kỳ). Chương 3. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 3.1. Đặc tính tinh bột khoai lang và khả năng thu hồi tinh bột của các giống khoai lang Việt Nam 3.1.1. Khả năng thu hồi tinh bột các giống khoai lang Việt Nam 10
Dữ liệu thu được cho thấy Hoàng Long cũ (HLC) là giống khoai chứa hàm lượng tinh bột cũng như tỷ lệ thu hồi tinh bột cao nhất. Bảng 3.1. Ảnh hưởng của giống đến tỉ lệ thu hồi tinh bột khoai lang Tỉ lệ thu hồi tinh bột Hàm lượng tinh bột Tên giống (% chất khô) (%) HLC 11,58 88,0 ± 0,4d HLM 10,20 68,4 ± 3,8b NGL 10,89 60,8 ± 1,0a NDL 11,28 68,6 ± 2,4b NRT 10,82 78,1 ± 2,7c NRV 11,16 81,4 ± 1,6c 3.1.2. Thành phần amylose của tinh bột các giống khoai lang Việt Nam Tinh bột từ các giống khoai khác nhau cho thấy sự khác biệt về hàm lượng amylose. Sự khác biệt này có ảnh hưởng trực tiếp đến các tính chất chức năng của tinh bột khoai lang. Bảng 3.2: Hàm lượng amylose trong các loại tinh bột khoai lang Tên giống khoai Hàm lượng amylose (%) HLC 18,39 ± 0,28a HLM 21,60 ± 0,22b NGL 26,25 ± 0,03c NDL 25,12 ± 0,10d NRT 15,08 ± 0,22e NRV 20,68 ± 0,79f 3.1.3. Đặc điểm hình thái và cấu trúc hạt tinh bột của các giống khoai lang Việt Nam Ảnh SEM chỉ ra các hạt tinh bột có hình tròn và hình đa giác chiếm ưu thế. Bên cạnh đó, hình bầu dục hoặc bán bầu dục và hình bán bầu dục trong các hạt cũng được phát hiện ở mật độ thấp hơn (Hình 3.1). 11
Hình 3.1. Hình ảnh SEM của 6 Hình 3.2. Phân bổ kích thước hạt loại tinh bột khoai lang. (A) tinh bột của sáu giống khoai lang NRV; (B) NDL; (C) HLM; (D) HLC; (E) NRT; (F) NGL Đường kính trung bình hạt nằm trong khoảng từ 12,49 µm đến 15,26 µm (Hình 3.2). Mức độ trùng hợp trung bình của các phân tử tinh bột giữa các giống khoai lang khảo sát (Bảng 3.4) cho thấy không có sự chênh lệch đáng kể. Bảng 3.4. Ảnh hưởng của giống khoai lang đến độ dài trung bình của mạch tinh bột Mức độ trùng hợp trung bình Mẫu (DP) HLC 928,98 ± 30,51a HLM 891,64 ± 41,03a NDL 915,30 ± 37,33a NGL 876,22 ± 32,11a NRT 931,13 ± 40,57a NRV 925,35 ± 35,49a 3.1.4. Một số tính chất lý hóa của tinh bột khoai lang Việt Nam Khả năng hút nước của sáu loại tinh bột khoai lang cho thấy sự chênh lệch đáng kể (Bảng 3.5). Kết quả được giải thích do khác biệt về hàm lượng protein, mức độ liên kết giữa các phân tử, tỷ lệ giữa vùng tinh thể và vùng vô định hình trong hạt tinh bột. 12
Bảng 3.5. Ảnh hưởng của giống khoai lang đến khả năng hút nước của hạt tinh bột khoai lang Tên mẫu Khả năng hút nước (%) HLC 101,12 ± 0,40b HLM 104,22 ± 2,46c NGL 87,39 ± 0,72a NDL 110,94 ± 2,32d NRT 112,02 ± 1,25d NRV 115,74 ± 1,63e Tính chất hồ hóa của tinh bột được thể hiện ở hình 3.3. Kết quả đã chỉ ra tinh bột khoai HLC có độ nhớt đáy cao nhất và độ nhớt setback tương đối thấp, do đó có khả chống lại thoái hóa tốt. Hình 3.3. Đồ thị độ nhớt RVA của tinh bột sáu giống khoai lang Khoai HLM cho thấy độ đặc gel thấp, gel nóng ổn định tốt, tuy nhiên gel tinh bột sau làm lạnh có xu hướng thoái hóa cao. Bảng 3.7. Khả năng hòa tan và mức độ thoái hóa gel của tinh bột thu từ sáu giống khoai lang Tên mẫu Khả năng hòa tan (%) Mức độ thoái hóa gel (%) HLC 12,46 ± 0,24c 5,31 ± 0,93b d HLM 14,63 ± 0,24 1,60 ± 0,23a NGL 9,53 ± 0,27a 2,27 ± 0,68a b NDL 10,54 ± 0,40 12,35 ± 1,48d b NRT 10,49 ± 0,11 7,79 ± 0,26c NRV 14,42 ± 0,35d 13,99 ± 0,85e Kết quả về khả năng hòa tan của sáu loại tinh bột (Bảng 3.7) cho thấy tinh bột của giống NGL cho thấy độ hòa tan thấp nhất trong 13
khi tinh bột của HLM và NRV có độ hòa tan cao nhất. Tinh bột HLM, NGL cho thấy xu hướng thoái hóa gel thấp hơn so với tinh bột HLC và NRT. Kết luận về đặc tính tính bột các giống khoai Việt Nam: Có sự khác biệt về giống và đặc điểm canh tác đã có những ảnh hưởng đáng kể và quyết định một số đặc tính hóa lý đặc trưng của tinh bột khoai lang. Tính chất tinh bột khoai lang mong muốn cho sản xuất SDS và IMO: Giống khoai lang Hoàng Long cũ (HLC) được lựa chọn để tạo các sản phẩm SDS và IMO trong các thí nghiệm tiếp theo do hiệu suất thu nhận tinh bột cao, kích thước hạt trung bình nhỏ, khả năng hấp thụ nước và hòa tan tốt. 3.2. Điều kiện thu nhận tinh bột tiêu hóa chậm và đặc tính của tinh bột tiêu hóa chậm thành phẩm 3.2.1. Khảo sát các yếu tố ảnh hưởng tới quá trình thủy phân tinh bột khoai lang bằng enzyme pullulanase hướng tới sự hình thành tinh bột tiêu hóa chậm Kết quả nghiên cứu sự ảnh hưởng của nồng độ tinh bột, nồng độ enzyme pullulanase, pH, nhiệt độ và thời gian lần lượt được thể hiện trong Hình 3.4 đến Hình 3.8. Hình 3.4. Ảnh hưởng của nồng Hình 3.5. Ảnh hưởng của nồng độ tinh bột tới sự hình thành độ enzyme tới sự hình thành tinh tinh bột tiêu hóa chậm bột tiêu hóa chậm 14
Hình 3.6. Ảnh hưởng của pH Hình 3.7. Ảnh hưởng của nhiệt tới sự hình thành tinh bột tiêu độ thủy phân bởi pullulanase tới hóa chậm sự hình thành tinh bột tiêu hóa chậm Các thông số tối thích được lựa chọn cho quá trình thủy phân tinh bột khoai lang dưới tác dụng của enzyme pullulanase bao gồm: nồng độ dịch tinh bột 10% (w/w), pH 5,0, nhiệt độ thủy phân 55°C, nồng độ Hình 3.8. Ảnh hưởng của thời enzyme 20 U/g và thời gian gian thủy phân pullulanase tới thủy phân kéo dài trong 5 giờ. sự hình thành tinh bột tiêu hóa Hàm lượng SDS thu được đạt chậm 28,59%. Nhận thấy, hàm lượng SDS thu được chưa cao. Đề tài tiếp tục tiến hành công đoạn thoái hóa tinh bột với mục đích làm giàu lượng SDS thu được từ tinh bột khoai lang. 3.2.2. Nghiên cứu chế độ thoái hóa tinh bột sau thủy phân pullulanase làm tăng hàm lượng tinh bột tiêu hóa chậm Quá trình thoái hóa được nghiên cứu tại điều kiện nhiệt độ (- 20℃, -10℃, 4℃ và 25℃) và thời gian thoái hóa (12, 24, 36, 48, 60 giờ) khác nhau, sau đó xác định hàm lượng SDS thu được. Nhận thấy, hàm lượng SDS thu được ở lần thoái hóa 3 có xu hướng giảm xuống. Do đó, lựa chọn phương pháp thoái hóa 2 lần để gia tăng hàm lượng tinh bột tiêu hóa chậm (SDS). Trong đó, điều kiện tiến hành thoái hóa lần 1 và lần 2 đều diễn ra tại 4°C trong thời gian 48 giờ thu được hàm lượng SDS 59,72%. 15
3.2.3. Đánh giá chất lượng sản phẩm và đưa ra quy trình sản xuất tinh bột tiêu hóa chậm từ tinh bột khoai lang Khả năng trương nở, khả năng hòa tan, mức độ hút nước và hút dầu, màu sắc và ảnh chụp SEM của tinh bột tiêu hóa chậm (SDS) được phân tích và so sánh với mẫu tinh bột khoai lang tự nhiên. Bảng 3.13. Đánh giá chất lượng sản phẩm Tinh bột sau Tinh bột tự biến tính nhiên (SDS) Thành phần (%) RS 65,82 ± 1,52a 11,29 ± 1.39b SDS 15,41 ± 2,03a 57,81 ± 1.21b RDS 18,77 ± 0,88a 30,91 ± 1.32b Tính chất vật lý Khả năng trương nở (%) 27,68 ± 1,14a 15,04 ± 0,45b Khả năng hòa tan (%) 12,50 ± 0,23c 46,15 ± 0,25d Khả năng hút nước (%) 81,99 ± 0,30a 136,44 ± 1,07b Khả nănghút dầu (%) 119,74 ± 0,34a 110,38 ± 0,10b Màu sắc L 83,09 ± 0,64a 80,89 ± 0,16b a a* 2,27 ± 0,17 2,85 ± 0,01b b* 13,48 ± 0,74a 14,34 ± 0,45a Kết luận: Tính chất của tinh bột SDS thu được nổi bật với khả năng hòa tan và độ hút nước cao hơn đáng kể so vởi tinh bột tự nhiên. Bên cạnh đó, sản phẩm tinh Hình 3.10. Ảnh hưởng của quy trình bột biến tính SDS có màu sản xuất tinh bột tiêu hóa chậm tới hình sắc tối hơn so với màu sắc dạng của hạt tinh bột khoai lang tự vốn có của tinh bột, tuy nhiên (a,b) và tinh bột tiêu hóa chậm nhiên sự khác biệt không (c,d) nhiều. 16
Hình 3.11. Quy trình sản xuất tinh bột tiêu hóa chậm 3.3. Điều kiện thu nhận isomaltooligosaccharide bằng phương pháp phân đoạn 3.3.1. Ảnh hưởng của mức độ thủy phân đến hiệu quả tổng hợp isomaltooligosaccharide Tinh bột có mức độ thủy phân (DE) cao tạo điều kiện tốt hơn cho sự hình thành IMO. Do đó, trước khi bước vào giai đoạn gắn nhánh, dịch tinh bột cần được tiến hành thủy phân để thu được nền cơ chất phù hợp nhất cho quá trình gắn nhánh Hình 3.12. Ảnh hưởng của mức độ bằng transglucosidase. thủy phân đến hàm lượng IMO tạo thành Trong nghiên cứu này, dịch tinh bột khoai lang được thủy phân thông qua giai đoạn dịch hóa bằng enzyme α-amylase và đường hóa bằng β-amylase kết hợp pullulanase. 3.3.2. Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình dịch hóa bằng chế phẩm enzyme α- amylase 17
Nghiên cứu sự hoạt động của bốn chế phẩm enzyme alpha amylase Spezyme Xtra, Liquozyme SC DS, Spezyme Alpha, Termamyl SC DS cho quá trình dịch hóa tinh bột. Từ kết quả phân tích (Hình 3.13) cho thấy, Spezyme Xtra là chế phẩm cho khả năng thủy phân tạo thành G2-G10, G2-G6 cao nhất và glucose tự do là thấp nhất. Do vậy, lựa chọn chế phẩm Spezyme Xtra cho quá trình dịch Hình 3.13. Thành phần dịch sau hóa. Điều kiện tiến hành: dịch thủy phân sử dụng các chế tinh bột có nồng độ 25% w/v phẩm enzyme α-amylase (tính theo chất khô), nhiệt độ 80 °C, pH 5,8, nồng độ enzyme α- amylase 1,0 CU/g và thời gian 60 phút. Kết thúc dịch hóa, DE đạt 18,76. 3.3.3. Nghiên cứu các yếu tố ảnh hưởng đến sự hoạt động của enzyme β-amylase và pullulanase trong giai đoạn đường hóa Đường hóa với thông số: nồng độ enzyme β-amylase nồng độ 5,0 U/g và enzyme pullulanase nồng độ 0,8 U/g, nhiệt độ 50°C, pH 6,0, thời gian từ 1 đến12 giờ. Mẫu thu được đem xác định giá trị DE, phân tích thành phần oligosaccharide bằng HPLC-RID (Hình 3.16) và đem thực hiện giai đoạn gắn nhánh để đánh giá ảnh hưởng của thời gian đường hóa tới sự hình thành IMO (Hình 3.17). Maltose (G2) và maltotriose (G3) là những thành phần chính của dịch thủy phân và lần lượt chiếm 50,31% và 20,20% sau 6 giờ đường hóa. Giá trị này không thay đổi đáng kể khi kéo dài thời gian đường hóa đến 12 giờ. 18