Nghiên cứu biến tính tinh bột khoai lang tím và khoai mỡ bằng phương pháp nhiệt ẩm

TRƯỜNG ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HỒ CHÍ MINH
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

NGUYỄN KIM KHÁNH

NGHIÊN CỨU BIẾN TÍNH TINH BỘT KHOAI LANG
TÍM VÀ KHOAI MỠ BẰNG PHƯƠNG PHÁP NHIỆT ẨM

CHUYÊN NGÀNH CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM VÀ ĐỒ UỐNG

LUẬN VĂN THẠC SĨ

Tp HCM, 07/2013


CƠNG TRÌNH ĐƯỢC HỒN THÀNH TẠI
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HỒ CHÍ MINH

Cán bộ hướng dẫn khoa học:

TS. Phạm Văn Hùng

Cán bộ chấm nhận xét 1:

TS. Trần Bích Lam

Cán bộ chấm nhận xét 2:

TS. Ngơ Đại Nghiệp

Luận văn thạc sĩ được bảo vệ tại Trường Đại Học Bách Khoa, ĐHQG Tp.HCM,
ngày 29 tháng 07 năm 2013.
Thành phần Hội đồng đánh giá luận văn thạc sĩ gồm :
1.

TS. Phan Ngọc Hòa

Chủ tịch

2.

TS. Lại Quốc Đạt

Thư ký

3.

TS. Phạm Văn Hùng

Ủy viên

4.

TS. Trần Bích Lam

Ủy viên

5.

TS. Ngơ Đại Nghiệp

Ủy viên

Xác nhận của Chủ tịch Hội đồng đánh giá luận văn và Bộ môn quản lý chuyên
ngành sau khi luận văn đã được sửa chữa.
Chủ tịch Hội đồng đánh giá luận văn

Bộ môn quản lý chuyên ngành

ii 
 


ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP.HCM
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHIÃ VIỆT NAM

Độc Lập - Tự Do - Hạnh Phúc
---oOo---

Tp. HCM, ngày

tháng

năm 2013

NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ
Họ và tên học viên:
Nguyễn Kim Khánh

Ngày, tháng, năm sinh:
19-04-1986
Chuyên ngành:
Cơng Nghệ Thực Phẩm và Đồ Uống

Giới tính:
Nữ
Nơi sinh: Đồng Nai
MSHV: 11110200

1- TÊN ĐỀ TÀI:
NGHIÊN CỨU BIẾN TÍNH TINH BỘT KHOAI LANG TÍM VÀ
KHOAI MỠ BẰNG PHƯƠNG PHÁP NHIỆT ẨM.
2- NHIỆM VỤ LUẬN VĂN:
• Xác định thành phần hóa học của tinh bột khoai lang tím, khoai mỡ
• Tối ưu hóa q trình biến tính tinh bột khoai lang tím và khoai mỡ
bằng nhiệt ẩm
• Khảo sát các tính chất hóa lý của tinh bột trước và sau q trình biến
tinh
3- NGÀY GIAO NHIỆM VỤ: 21/01/2011
4- NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ: 21/06/2013
5- HỌ VÀ TÊN CÁN BỘ HƯỚNG DẪN: TS. PHẠM VĂN HÙNG
Nội dung và đề cương Luận văn thạc sĩ đã được Hội Đồng Chuyên Ngành
thông qua.
CÁN BỘ HƯỚNG DẪN

(Họ tên và chữ ký)

CHỦ NHIỆM BỘ MÔN

KHOA QL CHUYÊN NGÀNH

QUẢN LÝ CHUYÊN NGÀNH

(Họ tên và chữ ký)

(Họ tên và chữ ký)

iii 
 


 

LỜI CẢM ƠN
 

Để hoàn thành Luận văn Thạc sĩ này, tơi xin bày tỏ lịng biết ơn sâu sắc đến:
- TS. Phạm Văn Hùng đã tận tình hướng dẫn từng bước cho tơi từ lúc bắt đầu
cho đến lúc hồn thành luận văn.
- Tồn thể các thầy cơ giáo trong Bộ môn Công Nghệ Thực Phẩm và Đồ Uống
đã dạy dỗ cho tơi trong suốt q trình học tập.
- Tồn thể nhân viên phụ trách phòng Lab 101, 701, 702, trường Đại học Quốc
Tế đã tạo điều kiện và hổ trợ tơi về trang thiết bị, hóa chất, phịng ốc tốt nhất khi
thực hiện các nghiên cứu
- Xin cảm ơn gia đình, bạn bè khóa học 2011 – 2013, các em sinh viên trường
Đại học Quốc Tế - Đại học Quốc Gia TP Hồ Chí Minh đã ln chia sẻ, động viên,
ủng hộ và giúp đỡ tơi trong q trình thực hiện cũng như hồn tất luận văn.
Cuối cùng, tơi xin gửi lời chúc sức khỏe đến tất cả mọi người!
Người thực hiện đề tài

iv 
 


TĨM TẮT LUẬN VĂN
Tinh bột khơng thủy phân (resistant starch, RS) là loại tinh bột kháng lại sự
thủy phân của các enzyme amylase. Các nghiên cứu cho thấy loại tinh bột này có
các tính chất chức năng rất tốt cho cơ thể như phòng chống các bệnh tiểu đường và
béo phì.
Mục tiêu của nghiên cứu này là tối ưu hóa các điều kiện biến tính để thu được
hàm lượng tinh bột không thủy phân cao nhất từ tinh bột khoai mỡ và khoai lang sử
dụng phương pháp tối ưu hóa bề mặt đáp ứng và xác định một số tính chất lý hóa
của tinh bột tạo ra. Tinh bột hai loại khoai được biến tính bằng phương pháp nhiệtẩm ở các điều kiện nhiệt độ, độ ẩm và thời gian xử lý khác nhau theo bố trí thí
nghiệm của Box-Behnken.
Kết quả nghiên cứu cho thấy rằng với cấu trúc kết tinh khác nhau, nên điều kiện
tối ưu và hàm lượng RS thu được cũng khác nhau. Đối với khoai mỡ, ở điều kiện tối
ưu hàm lượng tinh bột không thủy phân tăng từ 21,5% lên 35,4%, ở khoai lang là từ
12.38% lên 42,59%. Các thông số tối ưu như sau: độ ẩm tinh bột khoai mỡ là 28%,
khoai lang là 35%, biến tính ở nhiệt độ 120oC đối với tinh bột khoai mỡ và 100oC
đối với tinh bột khoai lang, và thời gian biến tính là 6.5h và 6h tương ứng với tinh
bột khoai mỡ và khoai lang, với chỉ số tương quan R2 > 0.9. Các tính chất lý-hóa
của tinh bột sau biến tính thay đổi như sau: độ nhớt tinh bột giảm, độ trương nở của
tinh bột giảm, độ hòa tan tăng và cấu trúc hạt tinh bột khơng có sự thay đổi đáng kể.
Từ kết quả nghiên cứu này có thể xây dựng quy trình cơng nghệ để sản xuất tinh bột
không thủy phân từ tinh bột khoai mỡ có hàm lượng cao nhất ứng dụng trong sản
xuất thực phẩm chức năng.

v 
 

ABSTRACT
Resistant starch (RS) is starch which resists to the hydrolysis of exhaustive
amylases. Like dietary fiber, RS has many health benefits for human such as
reduction of plasma glucose and insulin levels and prevention of gastrointestinal
diseases like colon cancer.
In this study, the processing conditions including temperature, moisture
content and treatment duration were optimized to obtain the highest amount of RS
of purple sweet potato (Ipomoea batatas L.) and water yam (Dioscorea alata Linn.)
starches using a BOX-BEHNKEN design (BBD) of response surface methodology.
It is recognized that the differences in crystalline structure of sweet potato and
yam starches affected the optimization conditions and RS contents of two types of
starches. The highest content of RS yam starch was 35.4% with the treament
condition at 120oC, 30% of moisture for 6.5h, whereas the highest yield of RS of
sweet potato starch reached to 42.59% when treated at 100oC, 35% of moisture for
6h. The physichemical characteristics of treated starches were changed such as
decreasing in viscosity and swelling power but increasing in solubility as compared
to the native starches.

vi 
 


MỤC LỤC
NHIỆM VỤ CỦA LUẬN VĂN THẠC SĨ...................................................................... iii
LỜI CẢM ƠN................................................................................................................... iv
TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ....................................................................................v
MỤC LỤC........................................................................................................................ vii
DANH MỤC HÌNH.......................................................................................................... ix

DANH MỤC BẢNG...........................................................................................................x
DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT ...................................................................................... xi
CHƯƠNG I. MỞ ĐẦU ................................................................................................... 1
1.1. Mục đích nghiên cứu .................................................................................................. 1
1.2. Tính cấp thiết của đề tài.............................................................................................. 1
CHƯƠNG II: TỔNG QUAN ......................................................................................... 3
2.1 TỒNG QUAN VỀ TINH BỘT VÀ TINH BỘT KHÔNG THỦY PHÂN .............. 3
2.1.1 Cấu trúc của tinh bột ................................................................................................ 3
2.1.2 Khả năng bị thủy phân của tinh bột bởi enzyme amylase ....................................... 4
2.1.3 Phân loại tinh bột không bị thủy phân ..................................................................... 5
2.1.4 Các yếu tố ảnh hưởng đến khả năng không bị thủy phân của tinh bột .................... 7
2.1.5 Các phương pháp sản xuất tinh bột không thủy phân.............................................. 11
2.1.5.1 Phương pháp xử lý bằng enzyme.......................................................................... 11
2.1.5.2 Phương pháp sử dụng ẩm và nhiệt. ....................................................................... 11
2.1.6 Lợi ích của RS đối với sức khỏe người tiêu dùng.................................................... 12
2.1.7 Khả năng ứng dụng của RS trong công nghệ thực phẩm. ....................................... 14
2.2 TỔNG QUAN VỀ KHOAI LANG TÍM .................................................................... 15
2.2.1. Giới thiệu chung về khoai lang tím ........................................................................ 15
2.2.2. Những nghiên cứu về tinh bột khoai lang............................................................... 16
2.3 TỒNG QUAN VỀ KHOAI MỠ ................................................................................. 18
2.3.1 Giới thiệu chung về khoai mỡ.................................................................................. 18
2.3.2 Các nghiên cứu về tinh bột khoai mỡ ...................................................................... 19
CHƯƠNG III: NGUYÊN VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU .......... 20
3.1 NGUYÊN VẬT LIỆU NGHIÊN CỨU ...................................................................... 20
vii 
 


3.1.1 Khoai lang ................................................................................................................ 20
3.1.2 Khoai mỡ.................................................................................................................. 20

3.2 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU............................................................................... 21
3.2.1 Các bước tiến hành nghiên cứu................................................................................ 21
3.2.2 Quy trình chiết tách tinh bột .................................................................................... 22
3.2.3 Phân tích các tính chất lý hóa................................................................................... 22
3.2.3.1 Xác định cấu trúc kết tinh của tinh bột ................................................................. 23
3.2.4.2 Phương pháp biến tính tinh bột bằng nhiệt ẩm ..................................................... 23
3.2.3.3 Độ nhớt.................................................................................................................. 24
3.2.3.4 Độ trong ................................................................................................................ 24
3.2.3.5 Độ hòa tan ............................................................................................................. 24
3.2.3.6 Độ trương nở ......................................................................................................... 25
3.2.3.7 Xác định hàm lượng tinh bột khơng thủy phân (RS) ............................................ 25
3.2.4 Tối ưu hóa quá thông số biến tinh tinh bột bằng nhiệt ẩn........................................ 26
CHƯƠNG IV: KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN ................................... 27
4.1 TÍNH CHẤT CHUNG CỦA TINH BỘT KHOAI LANG, KHOAI MỠ................... 27
4.1.1 Thành phần hóa học ................................................................................................. 27
4.1.2 Cấu trúc kết tinh ....................................................................................................... 28
4.2 KẾT QUẢ TỐI ƯU HÀM LƯỢNG RS .................................................................... 29
4.2.1 Khoai mỡ.................................................................................................................. 29
4.2.2 Khoai lang tím.......................................................................................................... 32
4.3 CÁC BIẾN ĐỔI CỦA TINH BỘT SAU QUÁ TRÌNH XỬ LÝ NHIỆT ẦM ........... 35
4.3.1 Độ nhớt..................................................................................................................... 35
4.3.2 Độ trong ................................................................................................................... 35
4.3.3 Độ hòa tan ................................................................................................................ 36
4.3.4 Độ trương nở ............................................................................................................ 37
CHƯƠNG V: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ................................................................ 38
TÀI LIỆU THAM KHẢO................................................................................................. 39
PHỤ LỤC.......................................................................................................................... xii

viii 
 

DANH MỤC BẢNG
Bảng 2.1. Phân loại RS, nguồn thực phẩm và tác nhân ảnh hưởng lên hàm lượng
RS.
Bảng 3.1. Danh mục hóa chất được sử dụng trong q trình nghiên cứu
Bảng 3.2. Các chỉ tiêu hóa lý và phương pháp phân tích
Bảng 4.1. Thành phần hóa học của tinh bột khoai lang tím và khoai mỡ dung trong
nghiên cứu.
Bảng 4.2. Kết quả hàm lượng RS trong các thí nghiệm tối ưu hóa của tinh bột khoai
mỡ
Bảng 4.3. Kết quả các giá trị trong phương trình hồi quy trong thí nghiệm biến tính
tinh bột khoai mỡ.
Bảng 4.4. Bảng kết quả thí nghiệm kiểm chứng của tinh bột khoai mỡ.
Bảng 4.5. Kết quả hàm lượng RS trong các thí nghiệm tối ưu hóa của tinh bột khoai
lang tím.
Bảng 4.6. Kết quả các giá trị trong phương trình hồi quy trong thí nghiệm biến tính
tinh bột khoai lang tím
Bảng 4.7. Bảng kết quả thí nghiệm kiểm chứng của tinh bột khoai mỡ.
Bảng 4.8: Độ hịa tan của tinh bột khoai lang tím và khoai mỡ ở khoảng nhiệt độ từ
50 đến 90oC.
Bảng 4.9: Độ trương nở của tinh bột khoai lang tím và khoai mỡ ở khoảng nhiệt độ
từ 50 đến 90oC.

ix 
 


DANH MỤC HÌNH
Hình 2.1. Các đơn vị cấu trúc và sự sắp xếp của các chuỗi xoắn kép (mặt cắt ngang)

trong cấu trúc amylose loại A và amylose loại B.
Hình 2.2. A. mơ hình amylopectin
Hình 2.3. Cấu trúc RS1
Hình 2.4. Cấu trúc RS2
Hình 2.5. Cấu trúc RS3
Hình 2.6. Đáp ứng của phân tử amylose trong quá trình làm nguội dung dịch
amylose nồng độ cao.
Hình 2.7. Hình ảnh về khoai lang tím
Hình 2.8. Hình dạng hạt tinh bột khoai lang trong thí nghiệm của Deng (2013)
Hình 2.9. Hình dạng tinh bột khoai mỡ (Dioscore alata) (Odeku, 2012).
Hình 4.1: Cấu trúc kết tinh của khoai lang và khoai mỡ
Hình 4.2. Phương trình hồi quy trên trục không gian 3 chiều thể hiện mối liên hệ
giữa nhiệt độ, độ ẩm với hàm lượng RS trong khoai mỡ, cố định yếu tố
thời gian.
Hình 4.3. Phương trình hồi quy trên trục khơng gian 3 chiều thể hiện mối liên hệ
giữa nhiệt độ, độ ẩm với hàm lượng RS trong tinh bột khoai lang tím, cố
định yếu tố thời gian.
Hình 4.4. Độ nhớt của tinh bột khoai lang tím và khoai mỡ trước và sau khi biến
tính. 
Hình 4.5. Độ trong của tinh bột khoai mỡ và khoai lang tím trước và sau khi biến
tính 

x 
 


DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT
RS - Resistant starch: tinh bột không thủy phân
RDS - Rapid digestive starch: Tinh bột thủy phân nhanh
SDS - Slowly digestive starch: Tinh bột thủy phân chậm

HMT - Heat moisture treatment: Xử lý nhiệt ẩm
ANN – Annealing: Xử lý ẩm nhiệt
DP - Degree of polimeration: Mức độ polymer hóa
SCFA - Short chain fatty acid: acid béo mạch ngắn

xi 
 


Nghiên cứu biến tính tinh bột khoai lang và khoai mỡ bằng phương pháp nhiệt ẩm

CHƢƠNG I. MỞ ĐẦU
1.1 Mục đích nghiên cứu
- Tối ưu hóa qúa trình biến tính tinh bột khoai lang tím và khoai mỡ nhằm tạo ra
loại tinh bột có hàm lượng RS cao nhất.
- Xác định tính chất lý-hóa của tinh bột trước và sau khi biến tính nhằm mơ tả đặc
tính của RS cũng như bổ sung, củng cố cho việc giải thích cơ chế hình thành tinh
bột RS.
1.2 Tính cấp thiết của đề tài
Theo dữ liệu thống kê năm 2001–2002 (Haley và cộng sự, 2002) tỉ lệ trẻ em
và người lớn béo phì đã trở thành vấn đề về sức khỏe chính trong cộng đồng tại Mỹ.
Ở độ tuổi vị thành niên khoảng 20 tuổi trở lên thì 65% trường hợp bị béo phì, đối
với trẻ em từ độ tuổi 6 đến 19 thì khoảng 31 % có nguy bị q trọng. Tại Việt Nam,
cũng như nhiều nước khác trên thế giới, con số người béo phì cũng gia tăng. Ngồi
vấn đề béo phì thì bệnh tiểu đường gây ra do rối loạn chức năng tiết insulin biến đổi
glucose khi vào cơ thể cũng trở thành một căn bệnh phổ biến. Vấn đề này đặt ra
việc xem xét lại khẩu phần ăn hằng ngày nhằm tránh nguy cơ của bệnh béo phì và
phịng ngừa những biến chứng của bệnh tiểu đường.
Một trong những nguyên nhân gây ra các dạng bệnh này mà liên quan đến
khẩu phần ăn đó chính là hàm lượng tinh bột quá cao trong các loại thức ăn. Chúng

ta đều biết rằng tinh bột là nguồn sinh năng lượng lớn nhất cũng như nhanh chóng
nhất khi được đưa vào cơ thể, đồng thời nó cũng là nguồn glucose dồi dào trong đối
với cơ thể. Trong khi đó, với những tính chất lý hóa đặc trưng, tinh bột được ứng
dụng rất nhiều trong công nghệ thực phẩm.
Để giải quyết những vấn đề này, người ta thay thế tinh bột bằng thực phẩm
nguyên cám, giàu chất xơ. Tuy nhiên, nhược điểm của việc bổ sung chất xơ là làm
giảm cấu trúc và chất lượng cảm quan của thực phẩm. Do đó, những phát hiện mới
về tinh bột khơng thủy phân (RS) có tính chất chức năng như chất xơ nhưng khơng
làm giảm chất lượng thực phẩm đang được rất nhiều nhà khoa học nghiên cứu, mở
ra một triển vọng mới trong lĩnh vực thực phẩm chức năng. Rất nhiều nghiên cứu về

Nguyễn Kim Khánh

1

GVHD: TS. Phạm Văn Hùng


Nghiên cứu biến tính tinh bột khoai lang và khoai mỡ bằng phương pháp nhiệt ẩm

khả năng tạo RS từ các loại tinh bột khoai lang, khoai tây, lúa mỳ, ngô, …được thực
hiện và kết quả thu nhận được hết sức khả quan. Trong các nghiên cứu này, RS
được cho là có khả năng đảm nhiệm vai trị của chất xơ trong hoạt động hổ trợ hệ
tiêu hóa, đóng vai trò như một prebiotic, chất giảm ung thư hệ đường ruột, đồng
thời có thể kiềm hãm sự tăng đường huyết trong máu sau khi tiêu thụ tinh bột.
Tại Việt Nam, nguồn tinh bột từ nguyên liệu rất đa dạng, ngoài tinh bột sắn,
gạo,… được dùng rộng rãi thì nguồn khoai lang và khoai mỡ với trữ lượng dồi dào
cũng là tiềm năng cho ngành công nghệ thực phẩm. Tuy nhiên lại chưa có nghiên
cứu nào về điều kiện biến tính và khả năng tạo RS của tinh bột khoai lang tím và
tinh bột khoai mỡ. Do đó đề tài này là cần thiết để tạo ra các sản phẩm tinh bột có

hàm lượng RS cao từ tinh bột khoai lang và tinh bột khoai mỡ nhằm sản xuất các
sản phẩm thực phẩm có khả năng phịng chống các bệnh tiểu đường và béo phì.

Nguyễn Kim Khánh

2

GVHD: TS. Phạm Văn Hùng


Nghiên cứu biến tính tinh bột khoai lang và khoai mỡ bằng phương pháp nhiệt ẩm

CHƢƠNG II: TỔNG QUAN

2.1. TỒNG QUAN VỀ TINH BỘT VÀ TINH BỘT KHÔNG THỦY PHÂN
2.1.1 Cấu trúc của tinh bột
Tinh bột là một polysaccharide có hai thành phần cấu trúc chính là amylose và
amylopectin.

A

B

Hình 2.1. Các đơn vị cấu trúc và sự sắp xếp của các chuỗi xoắn kép (mặt cắt ngang)
trong cấu trúc amylose loại A và amylose loại B.

Amylose, chiếm 15 – 20% tinh bột, là một polymer mạch thẳng, ít phân
nhánh, có chứa các đơn vị cấu tạo là glucose liên kết α -D-(1-4), mức độ polyme
hóa (DP) có thể lên đến 6000 và khối lượng phân tử vào khoảng 105 – 106 g/mol.
Với chiều dài mạch như thế, các amylose dễ dàng tạo thành cấu trúc sợi xoắn đơn

hoặc xoắn kép. Các nghiên cứu bằng phương pháp nhiễu xạ tia X cho thấy tinh bột
có cấu trúc tinh thể dạng A, B, C (hỗn hợp giữa A và B) và cấu trúc tinh thể dạng V
(trong các hạt đã trương nở). Tham gia vào thành phần cấu tạo trong cấu trúc tinh
thể dạng B là chuỗi xoắn kép amylose với hai sợi ngược chiều, sắp xếp cạnh nhau
theo hình lục giác, vùng trung tâm của hình lục giác chứa đầy nước (36 phân tử
H2O/1đơn vị cấu trúc). Cấu trúc tinh thể dạng A tương tự như cấu trúc dạng B
nhưng tâm của hình lục giác được thay bằng chuỗi xoắn kép khác tạo thành cấu trúc
chặt chẽ hơn với 8 phân tử nước nằm xen kẽ các chuỗi xoắn kép (hình 2.1). Còn
amylopectin là đại phân tử với cấu trúc phân nhánh nhờ vào liên kết α -D-(1-4) và α
-D-(1-6) của glucose. Mức độ polyme hóa (DP) của amylopectin có thể lên đến 2

Nguyễn Kim Khánh

3

GVHD: TS. Phạm Văn Hùng


Nghiên cứu biến tính tinh bột khoai lang và khoai mỡ bằng phương pháp nhiệt ẩm

triệu phân tử glucose, điều này khiến cho chúng trở thành một trong những phân tử
lớn nhất trong tự nhiên.
Chiều dài mạch nhánh đa phần là vào khoảng 20 – 25 đơn vị glucose. Cấu trúc
của amylopectin thường được mô tả với dạng chùm. Hizukuri và cộng sự (1981)
cho rằng cấu trúc chùm này có thể ở dạng đơn chùm hoặc nhiều chùm gắn kết với
nhau (hình 2.2). Các mạch ngắn A với DP khoảng 16-20 đơn vị glucose có thể tạo
thành cấu trúc xoắn kép
xếp trong cấu trúc chùm.
Các chùm này có khoảng
80-90% chuỗi mạch ngắn

này và chúng được liên kết
lại với nhau bởi các chuỗi
mạch B dài hơn chiếm 1020%. Dựa trên các thí
nghiệm nhiễu xạ tia X,
tinh bột được cho rằng có
tính chất bán kết tinh với
phần lớn là các phân tử
glucan

định

hướng.

Khoảng 70% khối lượng
Hình 2.2. A. Mơ hình amylopectin, B. Cấu trúc vùng vơ
định hình và vùng kết tinh trong cấu tạo hạt tinh bột, C.
Cách thức sắp xếp, định hướng của amylopectin trong lát
cắt ngang của hạt tinh bột, D. Kết cấu chuỗi xoắn kép
(www.lsbu.ac.uk).

hạt tinh bột tham gia cấu
trúc vơ định hình và 30%
cịn lại tham gia vào phần
kết tinh. Phần vơ định hình

có chứa chủ yếu là amylose và một ít amylopectin, trong khi đó phần kết tinh chỉ
chứa amylopectin.
2.1.2 Khả năng bị thủy phân của tinh bột bởi enzyme amylase
Ở trạng thái tự nhiên phần lớn tinh bột bị thủy phân bởi các enzyme amylase
sau khi đã hồ hóa tinh bột. Tuy nhiên qua nghiên cứu về khả năng thủy phân tinh

Nguyễn Kim Khánh

4

GVHD: TS. Phạm Văn Hùng


Nghiên cứu biến tính tinh bột khoai lang và khoai mỡ bằng phương pháp nhiệt ẩm

bột của các enzyme amylase, Englyst và cộng sự (1992) nhận thấy các loại tinh bột
khác nhau có mức độ thủy phân khác nhau và được phân loại thành ba dạng sau:
Tinh bột thủy phân nhanh (Rapidly Digestible Starch – RDS). Nhóm tinh bột
này bao gồm chủ yếu là tinh bột vơ định hình và tinh bột phân tán được tìm thấy
trong các loại thực phẩm giàu tinh bột. Để xác định hàm lượng tinh bột này bằng
phương pháp hóa học, người ta đo hàm lượng glucose được tạo thành trong quá
trình phân giải bởi enzyme tiêu hóa sau 20 phút.
Tinh bột thủy phân chậm (Slowly Digestible Starch – SDS). Nhóm này bao
gồm tinh bột vơ định hình khó bị tác động vật lý, tinh bột sống với cấu trúc tinh bột
nhóm A và C. Hàm lượng tinh bột này được xác định thông qua hàm lượng glucose
được tạo thành trong quá trình phân giải bởi enzyme tiêu hóa sau 120 phút.
Tinh bột khơng thủy phân (Resistant Starch – RS). Thuật ngữ ―resistant
starch‖ được nhắc đến đầu tiên bởi Englyst và cộng sự (1992) để mô tả những cấu
tử tinh bột kháng lại sự thủy phân của các nhóm enzyme amylase và pullulanase
trong các thí nghiệm in vitro. RS là tinh bột không bị thủy phân sau 120 phút xử lý
với hệ enzyme amylase tuyến tụy (Englyst và cộng sự, 1992). Tuy nhiên, vì tinh bột
khi đến ruột già có thể bị lên men ít hoặc nhiều bởi hệ vi sinh vật đường ruột, do đó,
RS ngày nay được định nghĩa là cấu tử tinh bột thực dưỡng khơng bị tiêu hóa ở ruột
non. Cơng thức tính RS như sau:
RS = TS – (RDS + SDS)

2.1.3 Phân loại tinh bột không bị thủy phân
Tinh bột không bị thủy phân (Resistant starch, viết tắt là RS) là tinh bột không
bị thủy phân bởi hệ enzyme amylase trong cơ thể và không được hấp thu ở ruột non
mà đi xuống ruột già và được hệ vi sinh vật ở ruột già lên men để tạo thành các acid
béo mạch ngắn như acetic acid, butyric acid và propionic acid. Tinh bột RS được
chia làm 4 nhóm: RS1, RS2, RS3 và RS4.
RS1 khơng bị thủy phân là do nó nằm trong các cấu trúc hạt không bị tác động
bởi tác nhân vật lý. RS1 nằm trong các loại ngũ cốc dạng nguyên hạt hoặc đã được
xay vỡ. Nguyên nhân không bị thủy phân của tinh bột RS1 là do các hạt tinh bột

Nguyễn Kim Khánh

5

GVHD: TS. Phạm Văn Hùng


Nghiên cứu biến tính tinh bột khoai lang và khoai mỡ bằng phương pháp nhiệt ẩm

được bảo vệ bởi các lớp thành tế bào thực vật hay do cấu trúc thực phẩm dày đặc
ngăn không cho các enzyme amylase xâm nhập vào bên trong tiếp xúc với cơ chất
tinh bột (hình 2.3).

Hình 2.3. Cấu trúc RS1

Hình 2.4. Cấu trúc RS2

Hình 2.5. Cấu trúc RS3

RS2 là các tinh bột tự nhiên có cấu trúc dạng hạt nhất định và khơng bị thủy

phân bởi enzyme. Trong cấu trúc hạt tinh bột thì tinh bột được bao gói trong một
cấu trúc các vịng tròn đồng tâm và tách nước tương đối. Cấu trúc chắc chắn này
giới hạn sự xâm nhập của enzyme tiêu hóa dẫn đến tính khó thủy phân mang bản
chất tự nhiên của tinh bột như tinh bột chuối, tinh bột khoai tây. RS1 và RS2 được
tiêu hóa chậm hoặc tiêu hóa khơng hồn tồn trong ruột non (hình 2.4).
RS3 là loại tinh bột khó thủy phân nhất và chủ yếu là do amylose thối hóa
được hình thành trong suốt q trình làm lạnh các cấu trúc gel tinh bột. Thực phẩm
xử lý nhiệt ẩm cũng có một phần RS3 (hình 2.5). Do đó, trong q trình hình thành
RS3, hạt tinh bột bị hyrate hóa hồn tồn. Amylose trong hạt tinh bột bị tiết ra trong
dung dịch trở thành các phân tử sợi tự do. Khi làm lạnh thì các phân tử này bắt đầu
sắp xếp lại ổn định trong cấu trúc chuỗi xoắn kép với các liên kết hydro. Cấu trúc
xoắn chứa 6 đơn vị glucose trên 1 xoắn độ dài 20.8Ao lặp lại. Cấu trúc tinh thể
nhóm A có thể đạt được nếu RS được tạo thành trong tinh bột đã gel hóa và được
bảo quản ở nhiệt độ cao trong vài giờ. Đó là một cấu trúc dày đặc với chỉ vài phân
tử nước. Khi thối hóa sâu hơn thì các chuỗi xoắn kép được bao bọc trong cấu trúc
lục giác. Cấu trúc dạng B với đối xứng lục giác mở rộng hơn. Các phân tử nước
(36–42 phân tử trên một đơn vị cấu trúc) trong cấu trúc B nằm ở vị trí thay thế bên
trong trung tâm kênh dẫn được tạo thành bởi 6 chuỗi xoắn kép. Mức độ polyme hóa
của amylose cũng ảnh hưởng đến hàm lượng RS3. Hàm lượng này tăng nếu DP

Nguyễn Kim Khánh

6

GVHD: TS. Phạm Văn Hùng


Nghiên cứu biến tính tinh bột khoai lang và khoai mỡ bằng phương pháp nhiệt ẩm

tăng đến 100 và sau đó thì khơng thay đổi. Mức độ polyme hóa thấp nhất là 10 và

cao nhất là 100 có lẽ là cần thiết để tạo nên cấu trúc sợi xoắn kép. RS3 được xác
định có khả năng chống chịu lại sự phân tán của nhiệt và enzyme.
Cấu trúc của RS4 bao gồm cấu trúc của tinh bột biến tính được xử lý bằng
phương pháp hóa học.
Bảng 2.1: Phân loại RS, nguồn thực phẩm và tác nhân ảnh hưởng lên hàm lượng RS.
Nhóm Mơ tả

Nguồn thực phẩm

Tác

nhân

làm

giảm

lƣợng RS

RS
RS1

Được bảo vệ bởi cơ cấu vật lý Ngũ cốc nguyên hạt

RS2

Hạt tinh bột không thủy phân Khoai tây sống, chuối Quá trình nấu, chế biến

Q trình nghiền, chà

chưa bị gel hóa với cấu trúc xanh, các loại hạt đậu, trong quy trình
tinh thể nhóm B, thủy phân bắp giàu amylose
chậm bởi α-amylase
RS3

Tinh bột thoái hóa

Khoai tây được nấu và Điều kiện chế biến
làm lạnh, bánh mì, ngũ
cốc dạng miếng, các
sản phẩm thực phẩm
với quá trình xử lý
nhiệt ẩm lặp lại

RS4

Tinh bột biến tính hóa học Thực phẩm sử dụng Ít chịu được sự thủy phân
hình thành liên kết ngang với tinh bột biến tính

trong các thí nghiệm in

các hợp chất hóa học

vitro

2.1.4 Các yếu tố ảnh hƣởng đến khả năng không bị thủy phân của tinh bột
- Tính kết tinh của tinh bột. Một trong những nguyên nhân kháng lại sự thủy
phân của enzyme là cấu trúc kết tinh của hạt tinh bột. Các nghiên cứu bằng nhiễu xạ
tia X trên cấu trúc kết tinh của tinh bột giàu amylose cho thấy rằng các phần chuỗi
được bao bọc trong cấu trúc kết tinh nhóm B thì có tác động nhẹ lên mạng lưới tinh

thể hình thành RS từ loại tinh bột này (Englyst và Cummings, 1986; Bjorck và cộng
sự, 1989; Schweizer và cộng sự, 1990). Một vài phương pháp xử lý tác động lên cấu

Nguyễn Kim Khánh

7

GVHD: TS. Phạm Văn Hùng


Nghiên cứu biến tính tinh bột khoai lang và khoai mỡ bằng phương pháp nhiệt ẩm

trúc kết tinh (như hồ hóa) hoặc ảnh hưởng lên tính ngun vẹn của tế bào thực vật
và cấu trúc mơ (như xay, nghiền) có thể làm tăng tác động của enzyme và làm giảm
hàm lượng RS. Trong khi đó việc tái cấu trúc kết tinh hoặc biến tính hóa học có thể
làm tăng hàm lượng RS.
- Cấu trúc hạt tinh bột. Sự đa dạng trong khả năng chống chịu với amylase
được thể hiện trong cấu trúc hạt tinh bột cũng ảnh hưởng đến việc hình thành RS.
Tinh bột khoai tây và tinh bột bắp giàu amylose được phát hiện rằng có khả năng
khơng bị thủy phân trong các nghiên cứu in vivo, trong khi đó các tinh bột ngũ cốc
thì phân giải chậm nhưng bị tiêu hóa hồn tồn và được hấp thu trong các thí
nghiệm này (Holm và cộng sự, 1987). Tỉ lệ tiết diện trên thể tích nhỏ hơn của các
hạt tinh khoai tây lớn có lẽ là quan trọng. Bản chất bề mặt của hạt tinh bột cũng cần
được xem xét, 1 lớp hấp thu của nguyên liệu phi tinh bột sẽ ngăn cản hoạt động của
enzyme (Ring và cộng sự, 1988).
- Tỉ lệ amylose : amylopectin. Hàm lượng amylose cao thì giảm khả năng
thủy phân của tinh bột vì có mối tương quan tích cực giữa hàm lượng amylose và
việc hình thành RS (Berry, 1986; Sievert và Pomeranz, 1989). Tầm quan trọng của
tỉ lệ amylose : amylopectin trong đáp ứng chỉ số glyacemic và insulin sau bữa ăn
đối với tinh bột ngô được nghiên cứu trong các sản phẩm phổ biến làm từ ngô

(Granfeldt và cộng sự, 1995). Bữa ăn chứa bột bắp hàm lượng amylose cao (70%)
có RS 20g/100g chất khô cao hơn so với bột bắp nguyên thủy 25% amylose chỉ có
3g/100g chất khơ.
- Sự thối hóa của amylose. Khi gia nhiệt tinh bột trong nước ở nhiệt độ cao
hơn 50 °C, thì hạt tinh bột sẽ trương nở, cấu trúc kết tinh của amylopectin bị phân rã
và hạt tinh bột bị nứt gãy. Các chuỗi polysaccharide dạng tự do chui ra ngoài do sự
trương nở của tinh bột và làm dày thêm mạng lưới bao xung quanh như q trình hồ
hóa – 1 cơng đoạn làm tăng nhẹ khả năng bị thủy phân của tinh bột. Khi làm lạnh
hoặc sấy khơ, q trình tái cấu trúc kết tinh (thối hóa) xuất hiện. Q trình này diễn
ra rất nhanh đối với các cấu trúc amylose mạch thẳng hình thành các liên kết ngang
thông qua các liên kết hydro. Hình 2.6 miêu tả sự tạo thành gel và micelle khi làm
lạnh dung dịch amylose đậm đặc (Belitz và Grosch, 1999). Bản chất phân nhánh
Nguyễn Kim Khánh

8

GVHD: TS. Phạm Văn Hùng


Nghiên cứu biến tính tinh bột khoai lang và khoai mỡ bằng phương pháp nhiệt ẩm

của amylopectin giới hạn khả năng tái cấu trúc tinh thể của nó làm cho quá trình
này kéo dài và diễn ra trong vài ngày. Sự thối hóa amylose trong đậu, ngơ, lúa mì
và khoai tây được phát hiện là có khả năng kháng lại sự thủy phân cao (Ring và
cộng sự, 1988). Mức độ và giới hạn của tinh bột thối hóa trong q trình hồ hóa
phụ thuộc mật thiết với lượng amylose tồn tại. Mức độ RS đạt được có liên quan
mạnh mẽ với hàm lượng
amylose và sự thối hóa
amylose được xác định
như một cơ chế chính để

hình thành RS, hàm lượng
này gia tăng đáng kể khi
gia nhiệt áp suất cao lặp
lại (Berry 1986; Bjorck và
cộng sự, 1990). Trong
suốt quá trình bảo quản,

Hình 2.6. Đáp ứng của phân tử amylose trong quá trình
làm nguội dung dịch amylose nồng độ cao.

các chuỗi polymer tinh
bột hồ hóa bị phân tán được cho rằng sẽ chuyển từ q trình thối hóa qua q trình
hình thành bán kết tinh có khả năng kháng lại sự tiêu hóa của pancreatic α-amylase.
Khả năng thủy phân của tinh bột đậu thì thấp hơn rất nhiều so với tinh bột ngũ cốc,
loại tinh bột mà được cho là có hàm lượng amylose cao hơn.
Tinh bột giàu amylose tự nhiên có hàm lượng cao RS2 (Berry, 1986), loại RS
này được xác định như một loại tinh bột trong cấu trúc hạt tinh bột tự nhiên có khả
năng kháng lại sự tiêu hóa và hấp thụ trong ruột non. Tinh bột loại này lại có hàm
lượng RS3 cao sau khi được nấu và làm nguội (Berry, 1986; Sievert và Pomeranz,
1989a) hoặc tinh bột thối hóa (Englyst và cộng sự, 1992). Sự hình thành RS này
chính là do q trình tái sắp xếp lại các chuỗi amylose (Sievert và cộng sự, 1991).
Ảnh hưởng của chiều dài chuỗi amylose lên việc hình thành RS được nghiên cứu
bởi Eerlingen và cộng sự (1993). Hàm lượng RS của tinh bột lúa mì, đã được cắt
mạch để tạo ra mức độ polymer hóa khác nhau, dao động trong khoảng 19 và 26 và
không phụ thuộc chiều dài chuỗi của amylose (DPn 40 đến 610) ban đầu. Kết quả đề
Nguyễn Kim Khánh

9

GVHD: TS. Phạm Văn Hùng

Nghiên cứu biến tính tinh bột khoai lang và khoai mỡ bằng phương pháp nhiệt ẩm

xuất là RS được tạo thành bởi sự đông tụ của chuỗi xoắn kép amylose trong cấu trúc
tinh thể trên các vùng đặc trưng của chuỗi (khoảng 24 đơn vị glucose).
- Nhiệt và ẩm. Hàm lượng nước là một nhân tố quan trọng ảnh hưởng lên việc
hình thành RS. Xử lý nhiệt ẩm lặp lại liên quan đến việc giảm khả năng thủy phân
của pancreatic α-amylase và tăng việc hình thành RS. Hàm lượng RS cao nhất đạt
được ở tỉ lệ tinh bột:nước là 1:3.5 (w/w) (Sievert và Pomeranz, 1989b) và xử lý
nhiệt ở độ ẩm 18% làm tăng mức độ tinh thể của tinh bột sáp và tinh bột thường, do
đó giảm khả năng nhạy cảm với enzyme. Tuy nhiên, ở 27% ẩm, tinh bột bị thối
hóa tạo ra những vùng tinh bột mà enzyme xâm nhập dễ dàng hơn. Do đó xử lý
nhiệt một cách chính xác có thể được sử dụng như một phương pháp tạo ra RS
(Franco và cộng sự, 1995). Thêm vào đó, xử lý nhiệt độ cao hơn và độ ẩm thấp hơn
cho kết quả tốt ở tinh bột kết tinh loại A, trong khi đó xử lý nhiệt độ thấp hơn và độ
ẩm cao hơn thì thích hợp cho tinh bột kết tinh loại B (Wu và Sarko,` 1978).
RS được xác định trong một vài loại ngũ cốc, đậu và củ đã được xử lý nhiệt
ẩm và nhiệt khô cho thấy hàm lượng RS cao hơn thực phẩm được xử lý nhiệt khô so
sánh với cùng loại thực phẩm trên nhưng được xử lý ẩm.
Cây lúa miến, đậu xanh, chuối xanh cho hàm lượng RS cao nhất (5.51%,
5.81%, và 10.7%) (Platel và Shurpalekar, 1994).
- Điều kiện chế biến. Kỹ thuật chế biến có thể ảnh hưởng đến cả q trình hồ
hóa và q trình thối hóa, từ đó ảnh hưởng đến việc tạo thành RS. Điều này đóng
vai trị quan trọng trong cơng nghệ thực phẩm vì nó đưa ra khả năng làm tăng hàm
lượng RS trong thực phẩm chế biến. Quá trình nướng, sản xuất mì, ép đùn, hấp tiệt
trùng,…được biết như là các quá trình ảnh hưởng lên hàm lượng RS trong thực
phẩm (Siljestrom và Asp, 1985; Bjorck và Nyman, 1987; Siljestrom và cộng sự,
1989; Muir và O’Dea, 1992; Rabe và Sievert, 1992). Các dạng bột ngũ cốc, thực
phẩm chế biến từ ngũ cốc chứa khá nhiều RS. Khoảng 1.5 % đến 8% RS trên thành

phần chất khơ. Vì cấu trúc tinh thể của tinh bột trong các loại đậu (nhóm C) thì ổn
định hơn so với tinh bột nhóm A trong ngũ cốc (Ring và cộng sự, 1988), hạt ngũ
cốc được chế biến tạo kết quả là hàm lượng RS giảm đáng kể, trong khi đó các loại

Nguyễn Kim Khánh

10

GVHD: TS. Phạm Văn Hùng


Nghiên cứu biến tính tinh bột khoai lang và khoai mỡ bằng phương pháp nhiệt ẩm

đậu lại là nguồn RS đáng kể. Quá trình chế biến trong điều kiện nhiệt độ và ẩm cao
làm giảm đáng kể hàm lượng RS do phá vỡ cấu trúc tinh thể.
2.1.5 Các phƣơng pháp sản xuất tinh bột không thủy phân
2.1.5.1 Phƣơng pháp xử lý bằng enzyme
Nghiên cứu của Soral và Wronkowska (2000) trên tinh bột đậu bằng việc sử
dụng enzyme chịu nhiệt α-amylase có thể tạo ra đến 70% RS. RS thu được trong thí
nghiệm có ái lực với acid hữu cơ, deoxycholic và cholesterol. Kết quả này cho thấy
RS có tiềm năng được sử dụng như một thành phần thực phẩm trong khẩu phần ăn
đặc biệt dùng ngăn ngừa và trị bệnh. RS chịu nhiệt và có thể lên men có chiều dài
mạch tối ưu từ poly-1,4-α-D-glucan dùng trong thực phẩm chức năng có thể được
tạo ra bằng phương pháp tổng hợp in vitro khi thêm vào dịch chiết enzyme chứa
amylosucrase của Neisseria polysaccharea vào dung dịch sucrose tiến hành ủ trong
vài giờ ở 37oC (Buttcher và cộng sự, 1997)
Một phương pháp khác có thể làm tăng hàm lượng RS trong tinh bột gạo đó
là cắt nhánh bằng enzyme pullulanase, để phân giải tinh bột nhưng không yêu cầu
xử lý nguồn tinh bột trước khi xử lý bằng enzyme. Phương pháp này cho hàm lượng
RS từ tinh bột có hàm lượng amylose thấp đạt 24% RS đối với tinh bột gạo và 20%

RS đối với bột gạo. Phương pháp này tạo ra được RS vẫn giữ được tính chất của
khối bột sệt đồng thời có thể chịu nhiệt (King và Tan, 2005). Phương pháp này cũng
có thể được áp dụng để sản xuất RS từ các nguồn thực vật khác như ngô, lúa mì,
khoai tây,…
2.1.5.2 Phƣơng pháp sử dụng ẩm và nhiệt.
Tác động của nhiệt và ẩm đã được nghiên cứu và chứng minh có ảnh hưởng
đến sự hình thành RS, nên một số phương phápbiến tính sử dụng nhiệt và ẩm được
nghiên cứu. Và đây là hai phương pháp được đề cập đến: xử lý nhiệt ẩm (Heatmoisture treatment - HMT) và xử lý ẩm nhiệt (Annealing -ANN). Đây là hai
phương pháp biến tính tinh bột bằng vật lý làm thay đổi tính chất lý hóa của tinh bột
nhưng khơng làm thay đổi cấu trúc hạt tinh bột (Adebowale và cộng sự. 2005;
Hormdok, 2007; Jacobs, 1998; Maache-Rezzoug và cộng sự, 2008). Cả hai phương
pháp đều cần phải kiểm soát độ ẩm của tinh bột, nhiệt độ và thời gian xử lý (Chung,
Nguyễn Kim Khánh

11

GVHD: TS. Phạm Văn Hùng


Nghiên cứu biến tính tinh bột khoai lang và khoai mỡ bằng phương pháp nhiệt ẩm

Liu, & Hoover, 2009b). Tuy nhiên hai phương pháp này yêu cầu lượng nước, nhiệt
độ và thời gian xử lý khác nhau. HMT được thực hiện trong điều kiện ẩm giới hạn
(10–30%) và khoảng nhiệt độ cao hơn (90–120 ◦C), trong khi đó ANN thì yêu cầu
hàm lượng nước cao hơn (50–60%) và xử lý ở nhiệt độ thấp dưới nhiệt độ hồ hóa
(Maache Rezzougetal, 2008).
Tùy theo nguồn gốc tinh bột mà HMT có thể làm tăng khoảng nhiệt độ hồ
hóa, giảm độ trương nở của tinh bột và tăng khả năng chịu nhiệt. Tuy nhiên, điều
này còn phụ thuộc vào nguồn gốc của tinh bột và điều kiện xử lý có thể làm thay
đổi mơ hình X-ray, tạo phức hợp amylose-lipid, phá vỡ cấu trúc tinh thể do đó có

thể tăng hoặc giảm khả năng bị thủy phân bởi enzyme khi xử lý HMT (Chung và
cộng sự, 2009b). Cịn ANN cũng có thể thay đổi tính chất hóa lý của tinh bột đồng
thời cải thiện cấu trúc tinh bột thông qua việc tạo liên kết giữa các chuỗi mạch tinh
bột (Jayakody & Hoover, 2008). Đặc biệt hơn là ANN có thể tái sắp xếp các phân
tử tinh bột nhất là các amylopectin (Gomes, Silva, & Ricardo, 2005). Hai phương
pháp xử lý này có khả năng ứng dụng cao do việc có thể tăng sự chịu nhiệt của tinh
bột đồng thời giảm khoảng thối hóa của tinh bột (Adebowaleetal, 2005). Với hai
tính năng này, tinh bột có thể được dùng trong sản phẩm đóng hộp và thực phẩm
đông lạnh. Việc giảm độ trương nở và giải phóng amylose và sự tăng khả năng chịu
nhiệt có thể được ứng dụng trong cơng nghệ sản xuất mì (Hormdok & Noomhorm
2007). Ngoài ra, xử lý tinh bột bằng phương pháp này cịn có thể tăng hàm lượng
RS (Brumovsky & Thompson 2001).
2.1.6 Lợi ích của RS đối với sức khỏe ngƣời tiêu dùng
RS có khả năng chống lại sự thủy phân của hệ enzyme trong cơ thể người, do
đó nó có thể được xếp vào nhóm chất xơ theo định nghĩa của Hiệp hội lương thực
Mỹ (AACC, 2000). RS được thử nghiệm như một chất xơ không tan, nhưng các lợi
ích sinh lý mà RS đem lại tương đương với các chất xơ hịa tan. Như vậy RS cũng
có tác dụng tốt cho sức khỏe tương đương với chất xơ như: tốt cho hệ đường ruột
thông qua việc tăng tỉ lệ sản sinh các tế bào crypt hoặc giảm sự bào mịn biểu mơ
thành ruột so với việc sử dụng khẩu phần ăn khơng có chất xơ. Mặt khác, việc phân

Nguyễn Kim Khánh

12

GVHD: TS. Phạm Văn Hùng


Nghiên cứu biến tính tinh bột khoai lang và khoai mỡ bằng phương pháp nhiệt ẩm

giải chậm RS có tác dụng trong kiềm hãm sự giải phóng glucose trong máu khi tiêu
thụ tinh bột.
RS không được hấp thu tại ruột non sẽ bị lên men bởi hệ vi sinh vật tại ruột
già. Nhìn chung là tinh bột khơng được tìm thấy trong phân người và động vật thí
nghiệm nên có thể chứng tỏ nó đã bị lên men ít hay nhiều. Trong các thí nghiệm in
vivo trên phân người, kết quả cho thấy hàm lượng hàm lượng cao butyrate từ tinh
bột. Trong khi đó butyrate là cơ chất sinh năng lượng chính cho các tế bào mơ ruột
già, ức chế sự chuyển hóa bất lợi của các tế bào này. Điều này khiến các cấu tử RS
có thể được lên men một cách dễ dàng đặc biệt liên quan đến việc ngăn chặn ung
thư ruột kết.
Sự thay đổi đáng kể pH trong phân và chất thải tương đương với sản sinh các
fatty acid mạch ngắn (SCFA) trong đại tràng của chuột đã được cho ăn RS, tác dụng
này cũng giống với chất xơ, tuy nhiên khi kết hợp RS với chất xơ cám mì thì hàm
lượng SCFA cao hơn. Khi kết hợp RS với psylium thì phần RS lên men bị đẩy ra
vùng ngoại biên. Vì phần ruột già ngoại biên là nơi mà các khối u phát triển nên lợi
ích ngăn ngừa ung thư ruột kết của RS được phát huy nếu phần lên men này bị đẩy
đi xa hơn (Morita và cộng sự 1999).
Thực phẩm chứa RS làm giảm gánh nặng tiêu hóa. Việc phân giải chậm RS có
thể được ứng dụng trong việc kiểm sốt hàm lượng glucose giải phóng. Việc trao
đổi chất của RS xuất hiện sau 5 đến 7h tiêu thụ trái với tinh bột được chế biến thông
thường bị phân giải ngay lập tức. Khoảng thời gian 5 đến 7h tiêu hóa giảm chỉ số
glycemix và chỉ số insulin và có khả năng gia tăng khoảng thời gian an toàn (Raben
và cộng sự, 1994; Reader và cộng sự, 1997).
RS được đề xuất sử dụng trong các chế phẩm probiotic để thúc đẩy sự phát
triển của hệ vi sinh vật có lợi như Bifido bacterium (Brown và cộng sự, 1996). Vì
RS gần như đi khỏi được ruột non nên nó được xem như là cơ chất cho hệ vi sinh
vật probiotic.
Tinh bột bị phân giải có thể hình thành sỏi mật do sự tiết nhiều hơn insulin và
chất này có thể chuyển sang gây kích thích việc tổng hợp cholesterol. Do đó RS
được tìm thấy là giảm tỉ lệ mắc bệnh sỏi mật (Malhotra, 1968). Bệnh nhân sỏi mật ở

Nguyễn Kim Khánh

13

GVHD: TS. Phạm Văn Hùng


Nghiên cứu biến tính tinh bột khoai lang và khoai mỡ bằng phương pháp nhiệt ẩm

miền Nam Ấn Độ, nơi tiêu thụ nhiều ngũ cốc ngun hạt thì ít hơn so với miền Bắc
Ấn Độ.
Ở chuột với khẩu phần RS (25% khoai tây sống) làm tăng đáng kể kích thước
manh tràng và vùng manh tràng chứa các acid béo mạch ngắn cũng như hấp thu và
hạ hàm lượng cholesterol và triglyceride trong máu. Do đó, cũng có sự hạ thấp nồng
độ cholesterol trong tất cả các cấu trúc lipo-protein đặc biệt là trong DHL1 và giảm
nồng độ triglyceride trong cấu trúc lipoprotein giàu triglyceride .
Các nghiên cứu trên hamster được cho ăn tinh bột khoai mì trộn 9.9% xơ yến
mạch và loại khác trộn với 9.7% RS cho thấy cả hai đều được đề xuất sử dụng trong
thực phẩm để cải thiện sức khỏe tim mạch (Martinez và cộng sự, 2004).
Khi thay thế 5.4% tổng hàm lượng carbohydrates bằng RS trong bữa ăn có thể
làm tăng đáng kể sự oxi hóa lipid sau bữa ăn do đó giảm tích lũy chất béo trong
khoáng thời gian dài (Higgins và cộng sự, 2004).
Một nghiên cứu so sánh sự hấp thu calcium, phospho, sắt, kẽm ở ruột khi sử
dụng RS và tinh bột tiêu hóa được chỉ ra rằng bữa ăn chứa 16.4% RS làm tăng rõ rệt
sự hấp thu calcium và sắt so với tinh bột thông thường. Như vậy RS tác động lên sự
hấp thu hai loại khoáng chất này (Morais và cộng sự, 1996).
2.1.7 Khả năng ứng dụng của RS trong cơng nghệ thực phẩm.
RS có kích thước cấu tử nhỏ, màu trắng, không mùi, khả năng giữ nước kém.
RS có các tính chất hóa lý đáng mong muốn như khả năng trương nở và độ nhớt
tăng, khả năng tạo gel và liên kết với nước khiến loại tinh bột này được dùng trong

nhiều loại thực phẩm. Với tính chất này RS có thể được sử dụng thay thế cho bột mì
với tỉ lệ 1:1 mà khơng làm thay đổi cấu trúc khối bột nhào, khơng những thế nó cịn
cải thiện một số tính chất mà thực phẩm giàu chất xơ khơng đạt được. Nguồn RS có
tính thương mại và khả năng ứng dụng là RS2 và RS3 (Nugent, 2005).
Một nghiên cứu đánh giá khả năng ứng dụng của RS trong sản xuất bánh mì
thay thế cho các nguyên liệu là chất xơ thực phẩm, kết quả cho thấy khả năng giữ
nước của RS tương đương với bột mì và thấp hơn so với các nguồn chất xơ, tuy
nhiên lượng nước sử dụng cho khối bột nhào không thay đổi và thể tích bánh cũng
như chất lượng cấu trúc bánh tốt hơn (Baghurst và cộng sự, 1996). Ngoài ra người
Nguyễn Kim Khánh

14

GVHD: TS. Phạm Văn Hùng