CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 1.Giới thiệu chung về tinh bột Tinh bột là thành phần carbohydrate chính trong dinh dưỡng hằng ngày của con người, là một trong những sản phẩm thực vật quan trọng nhất đối với con người. Ngoài ra, còn là một thành phần thiết yếu của thực phẩm cung cấp năng lượng hằng ngày với một tỷ lệ lớn và rất quan trọng trong việc sử dụng thực phẩm không phải là chất kết dính (Burrell, 2003). Nó có khả năng tiêu hóa trong ruột non có thể thay đổi từ nhanh sang chậm phụ thuộc sự biến đổi cấu trúc của loại tinh bột đó, tinh bột thủy phân một trong những dạng tinh bột tiêu hóa chậm được đề cập đến trong nhiều nghiên cứu (Lehmann, 2007). Ngoài ra, tinh bột được sử dụng như chất kết dính và chất làm dày trong công nghệ sản xuất các loại đồ chấm, đồ uống, các sản phẩm có độ sệt nhất định, đóng một vai trò quan trọng trong kết cấu của nhiều loại sản phẩm thực phẩm… Cùng với đó, một số loại màng sinh học có nguồn gốc từ tinh bột được sử dụng để bảo vệ vỏ một số loại trái cây và trong việc đóng gói thực phẩm.
Ngày nay, do nhu cầu tăng cao về chức năng trong nhiều ngành công nghiệp nên việc sử dụng tinh bột thô không đáp ứng đủ các yêu cầu về mặt kỹ thuật. Vì thế, tinh bột thô cần được biến đổi một số tính chất để tăng cường các thuộc tính tích cực và loại bỏ những tính chất còn hạn chế của tinh bột thông thường. Biến tính tinh bột là một ngành công nghiệp đang phát triển với nhiều khả năng tạo ra các loại tinh bột mới bao gồm các tính chất, chức năng đáp ứng được các nhu cầu đa dạng của nhiều lĩnh vực khác nhau (B Kaur, 2012) .Cấu tạo hạt tinh bột Ở thực vật, tinh bột tồn tại chủ yếu trong các loại hạt. Tinh bột có hai D-glucosyl polymer chủ yếu là amylose và amylopectin.
Tỷ lệ amylose với amylopectin trong tinh bột thay đổi đáng kể tùy thuộc vào nguồn gốc, giống, cơ quan thực vật, tuổi của cơ quan, và điều kiện tăng trưởng (Hii, 2012). Trong các hạt tinh bột bắp tự nhiên thường chứa khoảng 28% amylose và 72% amylopectin (Jenkins P. Amylose về cơ bản là các chuỗi tuyến tính có khoảng từ 840 đến 22.000 α-D-glucopyranosyl được liên kết với nhau bởi liên kết α-(1->4), tuy nhiên có sự thay đổi giữa các loài thực vật và các giai đoạn phát triển. Amylopectin thường chiếm khoảng 70% hạt tinh bột, phân nhánh cao hơn với khoảng 4 đến 5% các liên kết glucosid là α-(1->6) (Eliasson, 2004).
1 do an Hình 1. Cấu trúc hạt tinh bột (Hii, 2012) 1.Các kỹ thuật biến tính tinh bột Hai lý do chính trong việc biến tính tinh bột. Đầu tiên, tinh bột tự nhiên có các ứng dụng hạn chế. Thứ hai, các đặc tính chức năng có thể được thêm vào tinh bột thông qua biến tính để sản xuất tinh bột trơ dùng trong thực phẩm chức năng.
Các biến đổi vật lý, hóa học là các phương pháp biến tính tinh bột thường được sử dụng hiện nay, có thể thay đổi đáng kể các tính chất chức năng của tinh bột. Trong số đó, các công nghệ vật lý mới bằng cách sử dụng độ ẩm, nhiệt, bức xạ, áp suất cao hoặc điện đang ngày càng được áp dụng rộng rãi vì hiệu quả đem lại cao, nên cạnh đó việc vận hành đơn giản và không phải loại bỏ các sản phẩm phụ của thuốc thử hóa học, rất thích hợp cho quy mô lớn tiếp theo sản xuất công nghiệp (Alcázar-Alay, 2015). Biến đổi hóa học liên quan đến việc đưa các nhóm chức vào phân tử tinh bột, để làm thay tính chất lý hóa của nó. Một số phương pháp hóa học thường được sử dụng chẳng hạn như acetyl hóa, cation, oxy hóa, acid thủy phân và liên kết ngang.
Bên cạnh đó phương pháp kết hợp cả vật lý và hóa học đang được sử dụng rộng rãi để tạo ra tinh bột có đặc tính mong muốn nhất là phương pháp kết hợp thủy phân acid kết hợp với quá trình ủ (Ashogbon, 2013). Tinh bột thủy phân bằng acid được tạo ra bằng cách cho acid vào với nồng độ nhất định và giữ ở nhiệt độ (40-600C) trong một khoảng thời gian cho đến khi độ nhớt hoặc đạt mức độ mong muốn thì acid được trung hòa (Wurzburg, 1995). Biến tính tinh bột bằng tác nhân acid làm thay đổi các đặc tính hóa lý của tinh bột mà không phá hủy cấu trúc hạt tinh bột (Wang, 2003). Sự biến tính này của tinh bột xảy ra bởi sự tấn công ưu tiên của acid vào phần vô định hình của hạt.
Tình bột thủy phân có một số đặc tính nổi bật hơn so với tinh 2 do an bột thông thường như: dễ tan trong nước nóng hơn, có sự giảm trọng lượng phân tử cho cả thành phần mạch thẳng và phân nhánh. Ngoài ra, một số tính chất khác cũng có sự thay đổi đáng kể như: tăng độ trong, độ nhớt giảm, khả năng tạo gel và độ bền gel cao hơn so với tinh bột thông thường (Huber, 2009). Theo nghiên cứu của (Shin, 2006) về mức độ thay đổi hàm lượng tinh bột trơ khi tiến hành thủy phân trong môi trường acid trên mẫu tinh bột bắp. Kết quả cho thấy hàm lượng tinh bột trơ tăng gấp 1,5 lần so với mẫu thô sau khi thủy phân trong 30 ngày.
Điều này cho thấy, xu hướng tăng tính ổn định trong cấu trúc tinh thể của tinh bột khi loại bỏ một phần vùng vô định hình trong quá trình thủy phân. Quá trình ủ được định nghĩa là phương pháp sửa đổi các tính chất của tinh bột mà không phá hủy cấu trúc hạt được thực hiện liên quan đến việc ủ các hạt tinh bột trong lượng dư nước khoảng trên 40% nước (w/w), trong một khoảng thời gian nhất định, ở nhiệt độ cao hơn nhiệt độ của quá trình chuyển thủy tinh nhưng dưới nhiệt độ hồ hóa (Jacobs, 1998). Trong các nghiên cứu gần đây đã công bố, quá trình xử lý tinh bột bằng phương pháp ủ có thể tạo ra sự sắp xếp tinh thể tinh bột làm cho các phân tử tinh bột được tiến hành quá trình ủ trở nên linh động hơn do trong môi trường nước dư khiến cho sự tương tác giữa mạch amylose-amylose, amylose-amylopectin trở nên cao hơn (Tester, 2000). Bên cạnh việc chỉ dùng riêng lẻ một phương pháp thủy phân tinh bột, (B.) đã nghiên cứu về sự thay đổi hàm lượng tinh bột trơ và tinh bột trơ chịu nhiệt khi xử lý tinh bột bắp bằng phương pháp thủy phân giới hạn bằng acid và phương pháp ủ.
Kết quả cho thấy, hàm lượng tinh bột trơ RS và tinh bột trơ chịu nhiệt tăng lên khi tiến hành thủy phân các mẫu tinh bột ở mức độ nhất định và sau đó đưa đi ủ. Kết quả này cho thấy sự hiệu quả trong việc sản xuất tinh bột trơ và tinh bột trơ chịu nhiệt khi kết hợp hai phương pháp thủy phân giới hạn và ủ. Các phân đoạn tiêu hóa trong tinh bột Một số phương pháp đo mức độ tiêu hóa của carbohydrate trong in vivo là tiến hành đo đường huyết của động vật thí nghiệm (Jenkins D., 2002) hoặc được xác định bằng cách gắn vào chúng các đồng vị phóng xạ (Vonk, 2000). Dựa vào tốc độ tiêu hóa, tinh bột có thể chia thành 3 nhóm: RDS (toàn bộ lượng glucose giải phóng ra dưới 20 phút) do đó làm tăng nhanh lượng đường huyết và insulin sau khi ăn, SDS (glucose giải phóng trong 20 – 120 phút), RS (tinh bột không thủy phân sau 120 phút) (Hedemann, 2017).
Tinh bột tiêu hóa chậm (SDS) có tác dụng làm tăng 3 do an chậm mức đường huyết sau ăn và duy trì ổn định theo thời gian so với RDS có đỉnh đường huyết tăng và giảm nhanh ở 30 phút đầu do đó góp phần kiểm soát đường huyết ở bệnh nhân đái tháo đường (Lehmann, 2007). Bên cạnh đó, SDS còn có tác dụng bằng nội môi glucose và dự trữ năng lượng nhờ đó tạo cảm giác no lâu hơn thực phẩm giàu RDS (Wachters-Hagedoorn, 2006). Ban đầu, thuật ngữ tinh bột trơ (RS) được sử dụng để chỉ một phần tinh bột chống lại sự thoái hóa amylase / pullulanase tuyến tụy trong ống nghiệm sau khi hồ hóa (NG Asp, 1992). Gần đây, khái niệm tinh bột trơ (RS) được định nghĩa là tổng của tinh bột và các sản phẩm của sự phân hủy tinh bột không được hấp thụ trong ruột non của những người khỏe mạnh (Faisant, 1993).
Tinh bột trơ (RS) được đẩy xuống đại tràng và hoạt động phần lớn thông qua quá trình lên men vi khuẩn trong ruột già, tạo thành các acid béo chuỗi ngắn (SCFA). Trong nhiều năm gần đây tinh bột trơ đã thu hút sự quan tâm rộng rãi cho cả lợi ích sức khỏe tiềm năng và tính chất, chức năng. Việc sử dụng RS để giảm giá trị năng lượng và hàm lượng carbohydrate có sẵn của thực phẩm, tăng cường hàm lượng chất xơ trong thực phẩm đang ngày càng được quan tâm (Ranhotra, 1996). Tinh bột trơ RS ảnh hưởng tích cực đến hoạt động của đường tiêu hóa, hệ vi sinh vật, mức cholesterol trong máu, chỉ số đường huyết và hỗ trợ kiểm soát bệnh tiểu đường.
Ngoài lợi ích sức khỏe tiềm tàng của tinh bột trơ, một lợi thế tích cực khác là tác động thấp hơn đến tính chất cảm quan của thực phẩm so với các nguồn chất xơ truyền thống, như ngũ cốc nguyên hạt, trái cây hoặc cám. Trong số các đặc tính hóa lý mong muốn của nó là khả năng trương nở, độ nhớt, sự tạo gel và khả năng liên kết nước, làm cho chúng hữu ích trong nhiều loại thực phẩm khác nhau (E Fuentes-Zaragoza, 2010). Một số phương pháp xác định hàm lượng tinh bột trơ (RS) như sau: Theo (Berry, 1986) RS là tinh bột không bị thủy phân sau 16 giờ khi tiến hành thủy phân bằng enzyne α- amylase. Tiến hành hòa tan tinh bột bằng KOH 2N và sau đó cho thủy phân bằng amylyloglucosidase, RS được xác định là tinh bột còn lại trong dư lượng chất xơ thu được bằng phương pháp AOAC (Prosky, 1985).
Ngoài ra, RDS và SDS được đo sau khi phản ứng với dung dịch enzyme ở 370C trong 10 phút và 240 phút. RS là phần tinh bột không bị thủy phân sau khi kết thúc phản ứng 240 phút (Sang Ick Shina, 2007).Mô hình đái tháo đường tuýp 2 ở động vật thí nghiệm Bệnh đái tháo đường tuýp 2 (Type 2 Diabetes Mellitus, T2DM) hiện là một trong những bệnh phổ biến nhất ở người. Các số liệu gần đây cho thấy, tỷ lệ người mắc bệnh T2DM ngày một tăng và xuất hiện ở đa dạng độ tuổi.