Khảo sát điều kiện xử lý enzyme tạo nano tinh bột từ hạt tam giác mạch (Fagopyrum esculentum)

Khảo sát điều kiện xử lý enzyme tạo nano tinh bột từ hạt tam giác mạch Fagopyrum esculentum, ứng dụng trong công nghệ thực phẩm và y tế.

• Tác giả: Nguyễn Thị Thu Hà
• Người hướng dẫn: TS. Vũ Trần Khánh Linh
• Trường học: Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Thành Phố Hồ Chí Minh
• Chuyên ngành: Công Nghệ Thực Phẩm
• Đề tài: Khảo Sát Điều Kiện Tối Ưu Để Tạo Nano Tinh Bột Từ Hạt Tam Giác Mạch
• Loại tài liệu: Khóa Luận Tốt Nghiệp
• Năm xuất bản: 2023
• Địa điểm: Thành Phố Hồ Chí Minh

Mục lục chi tiết

• LỜI CẢM ƠN
• NHIỆM VỤ KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP
• LỜI CAM ĐOAN
• MỤC LỤC
• DANH MỤC HÌNH
• DANH MỤC BẢNG
• DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT
• TÓM TẮT KHÓA LUẬN
• 1. CHƯƠNG 1: MỞ ĐẦU
• 1.1. Mục tiêu đề tài
• 1.2. Nội dung nghiên cứu
• 1.3. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn
• 1.3.1. Ý nghĩa khoa học
• 1.3.2. Ý nghĩa thực tiễn
• 1.4. Bố cục của báo cáo
• 2. CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN
• 2.1. Tổng quan về tinh bột hạt tam giác mạch (Fagopyrum esculentum)
• 2.2. Phân loại về khoa học
• 2.3. Phân bố và đặc điểm sinh thái
• 2.4. Thành phần dinh dưỡng của hạt tam giác mạch
• 2.5. Tổng quan về nano tinh bột (Starch nanoparticles)
• 2.5.1. Định nghĩa
• 2.5.2. Tính chất của nano tinh bột
• 2.5.2.1. Hình thái và sự phân bố kích thước hạt
• 2.5.2.2. Độ kết tinh
• 2.5.2.3. Đặc tính nhiệt
• 2.5.2.4. Độ trương nở và độ hòa tan
• 2.5.2.5. Độ tiêu hóa
• 3. CHƯƠNG 3: NGUYÊN LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
• 3.1. Nguyên liệu, hóa chất
• 3.2. Hóa chất và enzyme
• 3.3. Quy trình sản xuất tinh bột và nano tinh bột từ hạt tam giác mạch
• 3.3.1. Quy trình sản xuất tinh bột tam giác mạch
• 3.3.2. Quy trình thu nhận hạt nano tinh bột theo phương pháp xử lý với enzyme
• 3.4. Nội dung nghiên cứu
• 3.4.1. Thí nghiệm 1: Khảo sát sự ảnh hưởng của nồng độ glucoamylase và thời gian thủy phân đến tính chất hạt nano tinh bột
• 3.4.2. Thí nghiệm 2: Khảo sát sự ảnh hưởng của nồng độ pullulanase và thời gian thủy phân đến tính chất hạt nano tinh bột
• 3.4.3. Thí nghiệm 3: Khảo sát sự ảnh hưởng của việc sử dụng kết hợp hỗn hợp enzyme glucoamylase và pullulanase, thời gian thủy phân 3 giờ đến tính chất hạt nano tinh bột
• 3.5. Các phương pháp phân tích
• 3.5.1. Phương pháp xác định hiệu suất thu hồi nano tinh bột
• 3.5.2. Phương pháp xác định độ hòa tan (Solubility) và độ trương nở (Swelling power) của hạt nano tinh bột
• 3.5.3. Phương pháp phân tích cấu trúc hóa học của tinh bột và nano tinh bột
• 3.5.4. Phương pháp phân tích hình thái hạt nano tinh bột
• 3.5.5. Phương pháp xác định thế zeta và kích thước hạt nano tinh bột
• 3.5.6. Phương pháp xác định màu nano tinh bột
• 3.5.7. Phương pháp xử lý số liệu thống kê
• 4. CHƯƠNG 4: KẾT QUẢ VÀ BÀN LUẬN
• 4.1. Khảo sát ảnh hưởng của nồng độ glucoamylase và thời gian thủy phân đến tính chất hạt nano tinh bột
• 4.2. Khảo sát ảnh hưởng của nồng độ pullulanase và thời gian thủy phân đến tính chất hạt nano tinh bột
• 4.3. Khảo sát sự ảnh hưởng của việc sử dụng kết hợp hỗn hợp enzyme glucoamylase và pullulanase, thời gian thủy phân 3 giờ đến tính chất hạt nano tinh bột
• 4.4. Khảo sát hình thái, cấu trúc và tính chất của hạt nano tinh bột
• 4.5. Khảo sát cấu trúc hóa học của hạt nano tinh bột
• 4.6. Khảo sát hình thái của hạt nano tinh bột
• 4.7. Khảo sát độ hòa tan (Solubility) và độ trương nở (Swelling power) của hạt nano tinh bột
• 4.8. Khảo sát màu của nano tinh bột
• 4.9. Khảo sát điện thế zeta của nano tinh bột
• 5. CHƯƠNG 5: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
• TÀI LIỆU THAM KHẢO

Tóm tắt

I. Tổng quan về khảo sát nano tinh bột từ hạt tam giác mạch

Nghiên cứu về nano tinh bột từ hạt tam giác mạch (Fagopyrum esculentum) đang thu hút sự chú ý của nhiều nhà khoa học. Hạt tam giác mạch có hàm lượng tinh bột cao, lên đến 73%, và là nguồn nguyên liệu lý tưởng để sản xuất nano tinh bột. Việc khảo sát điều kiện tối ưu để tạo ra nano tinh bột từ hạt này không chỉ giúp nâng cao giá trị sử dụng mà còn mở ra nhiều ứng dụng trong công nghệ thực phẩm và dược phẩm.

1.1. Tính chất và ứng dụng của nano tinh bột

Hạt nano tinh bột có nhiều tính chất ưu việt như khả năng phân hủy sinh học và tính tương thích sinh học cao. Chúng được ứng dụng trong nhiều lĩnh vực như vật liệu đóng gói và chế phẩm sinh học. Nghiên cứu cho thấy nano tinh bột có thể cải thiện hiệu suất của các sản phẩm thực phẩm và dược phẩm.

1.2. Lý do chọn hạt tam giác mạch làm nguyên liệu

Hạt tam giác mạch không chỉ có hàm lượng tinh bột cao mà còn chứa nhiều dưỡng chất có lợi cho sức khỏe. Việc sử dụng hạt này để tạo ra nano tinh bột giúp tận dụng nguồn nguyên liệu sẵn có, đồng thời phát triển các sản phẩm mới có giá trị dinh dưỡng cao.

II. Vấn đề và thách thức trong sản xuất nano tinh bột

Mặc dù có nhiều lợi ích, việc sản xuất nano tinh bột từ hạt tam giác mạch vẫn gặp phải một số thách thức. Các vấn đề như hiệu suất thu hồi thấp và kích thước hạt không đồng đều cần được giải quyết. Nghiên cứu này nhằm tìm ra điều kiện tối ưu để khắc phục những vấn đề này.

2.1. Hiệu suất thu hồi nano tinh bột

Hiệu suất thu hồi của nano tinh bột từ hạt tam giác mạch thường thấp hơn so với các nguồn tinh bột khác. Việc tối ưu hóa quy trình sản xuất là cần thiết để nâng cao hiệu suất thu hồi và chất lượng sản phẩm.

2.2. Kích thước và tính đồng đều của hạt

Kích thước hạt nano tinh bột ảnh hưởng đến tính chất và ứng dụng của chúng. Việc kiểm soát kích thước và tính đồng đều của hạt là một thách thức lớn trong quá trình sản xuất, đòi hỏi các phương pháp xử lý chính xác.

III. Phương pháp tối ưu hóa quy trình sản xuất nano tinh bột

Nghiên cứu này áp dụng các phương pháp xử lý enzyme như glucoamylase và pullulanase để tạo ra nano tinh bột từ hạt tam giác mạch. Các điều kiện như nồng độ enzyme và thời gian thủy phân sẽ được khảo sát để tìm ra phương pháp tối ưu nhất.

3.1. Sử dụng enzyme glucoamylase

Enzyme glucoamylase có khả năng thủy phân liên kết α-1,4-glycosidic trong tinh bột, giúp tạo ra nano tinh bột với kích thước nhỏ hơn. Nghiên cứu sẽ khảo sát ảnh hưởng của nồng độ enzyme và thời gian thủy phân đến tính chất của hạt.

3.2. Sử dụng enzyme pullulanase

Enzyme pullulanase có khả năng thủy phân liên kết α-1,6-glycosidic, giúp cải thiện hiệu suất thu hồi nano tinh bột. Việc kết hợp cả hai enzyme sẽ được nghiên cứu để tối ưu hóa quy trình sản xuất.

IV. Kết quả nghiên cứu và ứng dụng thực tiễn

Kết quả nghiên cứu cho thấy điều kiện tối ưu để tạo nano tinh bột từ hạt tam giác mạch là sử dụng enzyme pullulanase với nồng độ 140 U/g và thời gian thủy phân 3 giờ. Những kết quả này mở ra nhiều cơ hội ứng dụng trong công nghệ thực phẩm và dược phẩm.

4.1. Đánh giá tính chất của nano tinh bột

Các tính chất như kích thước, hiệu suất thu hồi, và độ hòa tan của nano tinh bột sẽ được đánh giá. Những thông tin này sẽ giúp xác định khả năng ứng dụng của sản phẩm trong thực tế.

4.2. Ứng dụng trong công nghệ thực phẩm

Sản phẩm nano tinh bột từ hạt tam giác mạch có thể được ứng dụng trong sản xuất thực phẩm chức năng và vật liệu đóng gói sinh học. Điều này không chỉ nâng cao giá trị sử dụng mà còn góp phần bảo vệ môi trường.

V. Kết luận và triển vọng tương lai của nghiên cứu

Nghiên cứu về nano tinh bột từ hạt tam giác mạch đã chỉ ra rằng việc tối ưu hóa quy trình sản xuất là khả thi. Kết quả nghiên cứu mở ra hướng đi mới cho việc phát triển các sản phẩm từ hạt tam giác mạch, đồng thời khẳng định tiềm năng ứng dụng của nano tinh bột trong nhiều lĩnh vực.

5.1. Tương lai của nano tinh bột trong công nghiệp

Với những kết quả đạt được, nano tinh bột từ hạt tam giác mạch có thể trở thành một nguyên liệu quan trọng trong ngành công nghiệp thực phẩm và dược phẩm. Nghiên cứu tiếp theo sẽ tập trung vào việc mở rộng quy mô sản xuất.

5.2. Khuyến nghị cho nghiên cứu tiếp theo

Cần tiếp tục nghiên cứu để cải thiện quy trình sản xuất và mở rộng ứng dụng của nano tinh bột. Việc hợp tác với các nhà khoa học và doanh nghiệp sẽ giúp thúc đẩy nghiên cứu và phát triển sản phẩm mới.

Nội dung chính

Bối cảnh và vấn đề nghiên cứu

Trong lĩnh vực công nghệ thực phẩm hiện đại, công nghệ nano đang mở ra các hướng phát triển vật liệu sinh học an toàn nhằm nâng cao chất lượng và kéo dài thời gian bảo quản sản phẩm. Trong số các vật liệu nano sinh học, hạt nano tinh bột (Starch Nanoparticles - SNPs) thu hút sự quan tâm lớn nhờ các ưu điểm nổi bật như tính tương thích sinh học cao, khả năng phân hủy sinh học tự nhiên, chi phí sản xuất thấp và không gây độc hại đối với cơ thể người. Các hạt nano này được định hướng ứng dụng đa dạng trong thực phẩm, bao gồm làm chất mang đóng gói các hợp chất có hoạt tính sinh học (polyphenol, catechin, β-carotene), chế tạo màng sinh học có thể ăn được và đóng vai trò làm chất ổn định hệ nhũ tương.

Phần lớn các nghiên cứu hiện nay tập trung vào các nguồn nguyên liệu phổ biến như tinh bột bắp và tinh bột khoai mì, hoặc một số nguồn hạt như hạt sen, hạt dẻ nước và đậu xanh. Hạt tam giác mạch (Fagopyrum esculentum), một loại cây trồng ngắn ngày thuộc họ Polygonaceae được canh tác rộng rãi tại các tỉnh miền núi phía Bắc Việt Nam (Hà Giang, Lào Cai, Cao Bằng), sở hữu hàm lượng tinh bột dồi dào lên đến 73%. Tuy nhiên, nguồn nguyên liệu này chủ yếu chỉ được chế biến dưới dạng sản phẩm truyền thống hoặc thực phẩm đơn giản như hạt hữu cơ ăn trực tiếp, trà tam giác mạch, sữa hạt hoặc trà sữa, chưa khai thác được tối đa giá trị kinh tế và công nghệ của hạt.

Mặt khác, các phương pháp tạo nano tinh bột thông thường như thủy phân bằng acid vô cơ thường đòi hỏi thời gian kéo dài nhiều ngày và cho hiệu suất thu hồi thấp; trong khi các phương pháp vật lý (siêu âm, ép đùn) tiêu tốn nhiều năng lượng và dễ làm biến dạng cấu trúc tinh thể. Phương pháp xử lý enzyme được đánh giá là hướng đi triển vọng hơn do tính chọn lọc cơ chất cao, điều kiện phản ứng ôn hòa, thân thiện với môi trường, hạn chế tạp nhiễm và không đòi hỏi trang thiết bị chuyên biệt phức tạp.

Xuất phát từ bối cảnh đó, khóa luận tốt nghiệp ngành Công nghệ Thực phẩm của hai sinh viên Nguyễn Thị Thu Hà và Trần Nguyễn Anh Thy, dưới sự hướng dẫn của TS. Vũ Trần Khánh Linh tại Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Thành phố Hồ Chí Minh (tháng 8 năm 2023), đã thực hiện đề tài: "Khảo sát điều kiện xử lý enzyme tạo nano tinh bột từ hạt tam giác mạch (Fagopyrum esculentum)".

Mục tiêu chung của đề tài là khảo sát điều kiện xử lý enzyme glucoamylase và pullulanase ở các nồng độ và thời gian thủy phân khác nhau để tạo nano tinh bột từ tinh bột tam giác mạch, đồng thời đánh giá các đặc tính lý hóa, vi cấu trúc của sản phẩm thu được. Cụ thể, nghiên cứu thực hiện 4 nhiệm vụ cốt lõi:

1. Khảo sát sự ảnh hưởng của nồng độ enzyme glucoamylase và thời gian thủy phân đến tính chất hạt nano tinh bột.
2. Khảo sát sự ảnh hưởng của nồng độ enzyme pullulanase và thời gian thủy phân đến tính chất hạt nano tinh bột.
3. Khảo sát sự ảnh hưởng của việc sử dụng kết hợp hỗn hợp hai enzyme glucoamylase và pullulanase trong thời gian thủy phân 3 giờ đến tính chất hạt nano tinh bột.
4. Khảo sát hình thái, cấu trúc, thành phần hóa học và các tính chất lý hóa (độ hòa tan, độ trương nở, màu sắc, điện thế zeta) của các mẫu nano tinh bột tối ưu.

Đối tượng nghiên cứu là tinh bột trích ly từ hạt tam giác mạch thông thường và các hạt nano tinh bột thu nhận sau quá trình thủy phân bằng enzyme. Nghiên cứu thực nghiệm được tiến hành tại phòng thí nghiệm Bộ môn Công nghệ Thực phẩm, Khoa Công nghệ Hóa học và Thực phẩm, Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP. Hồ Chí Minh.

---

Cơ sở lý thuyết và phương pháp

Khóa luận xây dựng trên cơ sở lý thuyết về cấu trúc tinh bột ngũ cốc, cơ chế động học của enzyme thủy phân carbohydrate và công nghệ vật liệu nano sinh học:

• Tinh bột tam giác mạch: Hạt tam giác mạch thông thường (Fagopyrum esculentum) chứa 73% tinh bột, trong đó tỷ lệ amylose chiếm 23,01%, tinh bột kháng chiếm 18,69% và tro chiếm 2,69%. Hạt tinh bột có dạng hình cầu hoặc đa giác với kích thước phân bố từ 2–14 μm (nhỏ hơn 1,4 lần so với tinh bột bắp và lúa mì), nhiệt độ hồ hóa dao động trong khoảng từ 77°C.
• Nano tinh bột và cấu trúc tinh thể: Hạt nano tinh bột được định nghĩa là các phần tử có kích thước dưới 1000 nm (hoặc dưới 300 nm theo các tiêu chuẩn khắt khe hơn) nhưng lớn hơn một phân tử riêng lẻ. Cấu trúc tinh thể tinh bột được xác định qua nhiễu xạ tia X (XRD) gồm các dạng A, B, C và V. Khi xử lý enzyme kết hợp kết tinh lại hoặc kết tủa dung môi, cấu trúc tinh thể thường chuyển dịch hoặc hình thành phức hợp dạng V hoặc B.
• Hệ enzyme sử dụng:
  • Glucoamylase (EC 3.2.1.3): Thuộc nhóm exo-amylase, thủy phân nhanh liên kết α-1,4-glycosidic từ đầu không khử của amylose và amylopectin, đồng thời thủy phân chậm liên kết phân nhánh α-1,6-glycosidic để giải phóng glucose.
  • Pullulanase (EC 3.2.1.41): Enzyme khử nhánh (debranching enzyme), chuyên cắt đặc hiệu liên kết α-1,6-glycosidic trong amylopectin, pullulan và dextrin mà không làm đứt mạch thẳng α-1,4, giúp tạo ra các chuỗi mạch thẳng ngắn phục vụ quá trình kết tủa tạo hạt nano.

Phương pháp nghiên cứu thực nghiệm được thiết kế theo quy trình nhiều bước, sử dụng các thiết bị đo đạc tiêu chuẩn:

Quy trình / Phép phân tích	Thiết bị / Hóa chất sử dụng	Thông số và điều kiện vận hành chính
Trích ly tinh bột tam giác mạch	Dung dịch NaHSO3 0,3%, máy ly tâm, tủ sấy	Tỷ lệ hạt:dung dịch 1:2; ngâm 24 giờ (thay nước 8 giờ/lần); rây 0,8 mm; lắng 8 giờ (rửa 3 lần); ly tâm 5000 rpm trong 10 phút; sấy 55°C trong 10 giờ; nghiền qua rây 0,154 mm.
Thủy phân enzyme tạo nano	Dung dịch đệm acetate 0,1 M (pH 5,0), máy lắc ổn nhiệt	Hồ hóa 1 g tinh bột trong 40 ml đệm (đun cách thủy 30 phút); làm nguội về 55°C; ủ enzyme ở 55°C; bất hoạt nhiệt 30 phút; ly tâm 3000 rpm trong 10 phút lấy dịch nổi.
Thu hồi hạt nano	Cồn 96°, máy khuấy từ, máy sấy thăng hoa	Kết tủa bằng cồn 96° (tỷ lệ 1:1 v/v) khuấy từ 1 giờ; ly tâm 6000 rpm trong 15 phút; lạnh đông ở -40°C trong 48 giờ; sấy thăng hoa trong 24 giờ.
Kích thước hạt và điện thế Zeta	Máy tán xạ ánh sáng động DLS (Malvern, Zetasizer Pro)	Dung dịch huyền phù mẫu nồng độ 0,1% trong nước cất; cân bằng mẫu 30 phút trước khi đo điện thế zeta.
Hình thái vi cấu trúc	Kính hiển vi điện tử quét SEM	Thế gia tốc electron: 5–10 kV; độ phóng đại: 3000–6000 lần.
Phân tích nhóm chức hóa học	Quang phổ hồng ngoại biến đổi Fourier FTIR (đầu dò ATR)	Quét phổ trong dải bước sóng 4000–400 cm⁻¹; độ phân giải 4 cm⁻¹; xử lý dữ liệu bằng phần mềm Omnic và Originlab 8.1.
Độ hòa tan (S) và độ trương nở (SP)	Bể điều nhiệt, máy ly tâm, tủ sấy 105°C	Huyền phù nano tinh bột 1% trong nước cất; gia nhiệt ở 30°C và 90°C trong 30 phút; ly tâm 2000 rpm trong 10 phút; sấy dịch nổi ở 105°C trong 3 giờ.
Đo màu sắc	Máy so màu Minolta CR-400	Hệ màu Hunter Lab biểu thị qua giá trị L* (độ sáng: 0-100), a* (đỏ/xanh lục) và b* (vàng/xanh lam).
Xử lý số liệu thống kê	Excel 2016, Originlab 8.1, SPSS 20.0	Phân tích phương sai ANOVA một yếu tố để đánh giá sự khác biệt có ý nghĩa thống kê giữa các nghiệm thức.

---

Nội dung chính theo từng chương

Chương 1: Mở đầu

Chương 1 thiết lập tính cấp thiết của đề tài nghiên cứu từ thực trạng phát triển vật liệu nano trong công nghệ thực phẩm. Tác giả phân tích tiềm năng của hạt tam giác mạch tại vùng núi phía Bắc Việt Nam với sản lượng lớn và hàm lượng tinh bột cao (73%), nhưng hiện chưa được khai thác ở các phân khúc sản phẩm có hàm lượng khoa học kỹ thuật cao. Tác giả chỉ rõ các ưu thế của phương pháp thủy phân sinh học bằng enzyme (an toàn, thân thiện môi trường, bảo tồn cấu trúc nano) so với các kỹ thuật hóa học hoặc vật lý. Chương này xác định rõ mục tiêu, 4 nội dung nghiên cứu cần giải quyết, bố cục khóa luận gồm 5 chương cùng ý nghĩa khoa học và thực tiễn trong việc cung cấp thông số chế tạo vật liệu nano ứng dụng cho thực phẩm, bao bì sinh học và dược phẩm.

Chương 2: Tổng quan

Chương 2 trình bày bức tranh tổng quan tài liệu học thuật về nguồn nguyên liệu và kỹ thuật tạo hạt nano:

• Thực vật học và thành phần: Hạt tam giác mạch phân bố và phát triển mạnh tại Nga, Trung Quốc, Ukraine, Hoa Kỳ và Việt Nam; có chu kỳ sinh trưởng ngắn (10–12 tuần), thích nghi trên đất bạc màu. Nội nhũ chứa 73% tinh bột, 23,01% amylose và 18,69% tinh bột kháng; kích thước hạt nhỏ (2–14 μm) làm giảm nhẹ hiệu suất chiết tách ướt.
• Tính chất nano tinh bột: Phân tích các đặc trưng hình thái (tròn, phẳng, elip hoặc xốp nứt), độ kết tinh XRD (loại A, B, C, V), đặc tính nhiệt, độ trương nở, độ hòa tan và độ tiêu hóa in vitro (có thể tăng lên 41,24% sau khi xử lý pullulanase và kết tinh lại). Trình bày các ứng dụng thực tế trong ổn định nhũ tương Pickering, gia cường màng sinh học ăn được và bao gói các chất có hoạt tính sinh học như catechin hay β-carotene (hiệu suất bao bọc đạt trên 95%).
• Tổng hợp so sánh các phương pháp chế tạo nano tinh bột:

Phương pháp	Tác nhân / Điều kiện chính	Ưu điểm ghi nhận	Hạn chế ghi nhận
Thủy phân acid	HCl 2,2 N (trên 15 ngày); H2SO4 3,16 M (5–7 ngày) ở 36–40°C	Thiết bị đơn giản, ngăn quá trình hồ hóa, hạt ít kết tụ	Hiệu suất thu hồi thấp (0,...% đến 15,...%), thời gian xử lý quá dài
Thủy phân enzyme	α-Amylase, Glucoamylase, Pullulanase	Thân thiện môi trường, thời gian ngắn, kiểm soát được kích thước hạt, hiệu suất đạt khoảng 55%	Tinh thể nano kém bền hơn so với thủy phân acid; chi phí enzyme cao
Kết hợp acid và enzyme	Tiền xử lý enzyme (2 giờ) rồi thủy phân acid	Rút ngắn thời gian thủy phân acid (từ 24–120 giờ xuống 6–45 giờ)	Chi phí chế phẩm enzyme và hóa chất cao
Kết tủa dung môi	Hồ hóa tinh bột rồi kết tủa bằng ethanol, propanol, butanol	Kiểm soát được kích thước hạt đồng đều (10–100 nm)	Hiệu suất thu hồi thấp, chủ yếu áp dụng quy mô phòng thí nghiệm
Ép đùn	Nhiệt độ, áp suất và lực cắt cao	Thân thiện môi trường, không dùng hóa chất, kích thước hạt <160–400 nm	Yêu cầu thiết bị chịu lực cắt, nhiệt độ và áp suất lớn
Siêu âm	Tần số 15–20 kHz (hoặc 24 kHz) trong 75 phút ở 80°C	Xử lý nhanh, hiệu suất gần 100%, không cần hóa chất hay tinh chế phức tạp	Tiêu tốn nhiều năng lượng, làm biến dạng hoặc suy giảm cấu trúc tinh thể

• Đặc tính hai chế phẩm enzyme: Pullulanase hoạt động tối ưu ở pH 4–6, nhiệt độ 55–65°C; gồm 3 phân loại (loại I cắt liên kết α-1,6; loại II cắt cả α-1,4 và α-1,6; loại III khử nhánh đặc hiệu). Glucoamylase hoạt động tối ưu ở pH 3–5, nhiệt độ 40–60°C; chia thành loại chuyển hóa hoàn toàn hoặc không hoàn toàn cơ chất thành glucose.

Chương 3: Nguyên liệu và phương pháp nghiên cứu

Chương 3 trình bày chi tiết về nguyên liệu, quy trình chế tạo và phương pháp phân tích:

• Nguyên liệu hạt tam giác mạch khô mua tại Công ty cổ phần phát triển Dũng Hà (Quận 12, TP.HCM). Chế phẩm enzyme Pullulanase dạng lỏng của Novozymes Corp (phân phối bởi Sigma-Aldrich) và Glucoamylase dạng lỏng của Angel Yeast (phân phối bởi International Food); hóa chất tinh khiết 99% từ Hóa Nam.
• Thiết lập quy trình chiết xuất tinh bột tam giác mạch bằng dung dịch NaHSO3 0,3% và quy trình xử lý enzyme tạo nano tinh bột kết hợp kết tủa cồn 96° và sấy thăng hoa.
• Thiết kế 3 thí nghiệm khảo sát điều kiện xử lý enzyme tại 55°C, pH 5,0 (mỗi thí nghiệm lặp lại 3 lần):

Thí nghiệm	Enzyme khảo sát	Nghiệm thức / Mẫu khảo sát	Nồng độ enzyme (U/g)	Thời gian thủy phân (giờ)
Thí nghiệm 1	Glucoamylase	2G300, 2G400, 2G500, 3G300, 3G400, 3G500, 4G300, 4G400, 4G500	1100, 1500, 1800	2, 3, 4
Thí nghiệm 2	Pullulanase	2P100, 2P120, 2P140, 3P100, 3P120, 3P140, 4P100, 4P120, 4P140	100, 120, 140	2, 3, 4
Thí nghiệm 3	Glucoamylase phối hợp Pullulanase	GP3-70, GP3-60, GP3-50, GP4-70, GP4-60, GP4-50, GP5-70, GP5-60, GP5-50	Gluco: 550, 750, 900; Pullu: 50, 60, 70	3

• Mô tả chi tiết nguyên lý và công thức tính hiệu suất thu hồi nano tinh bột (H%), độ hòa tan (S%), độ trương nở (SP%), quy trình phân tích FTIR, SEM, DLS (kích thước, thế zeta), đo màu Minolta CR-400 và phương pháp thống kê ANOVA trên SPSS.

Chương 4: Kết quả và bàn luận

Chương 4 phân tích các số liệu thực nghiệm thu được từ quá trình thủy phân và đánh giá tính chất hạt nano:

• Khảo sát ảnh hưởng của enzyme glucoamylase: Khi tăng nồng độ glucoamylase từ 1100 lên 1800 U/g và kéo dài thời gian thủy phân từ 2 đến 3 giờ, kích thước hạt nano tinh bột có xu hướng giảm rõ rệt. Giữa 9 mẫu khảo sát có sự khác biệt mang ý nghĩa thống kê; trong đó, mẫu ký hiệu 3G500 (nồng độ enzyme 1800 U/g, thời gian thủy phân 3 giờ) đạt kích thước hạt nhỏ nhất là 150 nm (theo Bảng 4.1 của văn bản).
• Khảo sát ảnh hưởng của pullulanase và hỗn hợp kết hợp: Thủy phân bằng pullulanase mang lại hiệu quả khử nhánh chọn lọc, tạo điều kiện thuận lợi cho việc hình thành hạt nano sau khi kết tủa bằng ethanol. Nghiên cứu xác lập mẫu tối ưu đại diện là 3P140 (nồng độ pullulanase 140 U/g, thời gian 3 giờ) và mẫu kết hợp tối ưu GP3-70 (thời gian 3 giờ, tỷ lệ phối trộn nồng độ phù hợp).
• Hình thái, cấu trúc và tính chất hạt nano:
  • Cấu trúc hóa học (FTIR): Phổ hồng ngoại của tinh bột tự nhiên và các mẫu nano tinh bột (3G500, 3P140, GP3-70) phản ánh các dải hấp thụ đặc trưng của liên kết O-H, C-H và C-O-C trong khung glucan, cho thấy bản chất liên kết hóa học cơ bản không bị phá hủy hoàn toàn sau khi xử lý sinh học.
  • Hình thái vi cấu trúc (SEM): Ảnh chụp SEM tại độ phóng đại 3000–6000 lần thể hiện hình thái hạt nano từ các nghiệm thức 3G500, 3P140 và GP3-70, cho thấy kích thước hạt giảm rõ rệt so với hạt tinh bột ban đầu và xuất hiện xu hướng liên kết tạo cụm hạt nano sau sấy.
  • Độ hòa tan, trương nở và màu sắc: Phân tích độ hòa tan (S) và độ trương nở (SP) tại hai mức nhiệt độ 30°C và 90°C phản ánh sự thay đổi tính ưa nước và độ bền cấu trúc của hạt nano. Các chỉ số màu sắc (L*, a*, b*) và giá trị điện thế zeta cung cấp dữ liệu về độ sáng và điện tích bề mặt, quyết định độ bền phân tán của hệ nano trong môi trường nước.

Chương 5: Kết luận và kiến nghị

Chương 5 đúc kết các kết quả cốt lõi của nghiên cứu: xác lập thành công quy trình công nghệ tạo nano tinh bột từ hạt tam giác mạch thông qua xử lý enzyme pullulanase độc lập, glucoamylase độc lập và phối hợp hai loại enzyme; khẳng định nghiệm thức tối ưu tổng thể là sử dụng pullulanase 140 U/g trong 3 giờ. Tác giả kiến nghị tiếp tục nghiên cứu sâu hơn về cơ chế ổn định hệ nhũ tương thực phẩm và ứng dụng chế tạo màng bao sinh học có hoạt tính từ nguồn nano tinh bột này.

---

Kết quả và đóng góp

Nghiên cứu mang lại các kết quả thực nghiệm và đóng góp cụ thể:

• Thông số công nghệ tối ưu: Xác định điều kiện tối ưu để chế tạo nano tinh bột từ hạt tam giác mạch là sử dụng enzyme khử nhánh pullulanase với nồng độ 140 U/g, thủy phân ở nhiệt độ 55°C, pH 5,0 trong thời gian 3 giờ kết hợp kết tủa cồn 96° (tỷ lệ 1:1 v/v) và sấy thăng hoa.
• Quy luật tác động của enzyme glucoamylase: Trong hệ thí nghiệm glucoamylase, kích thước hạt nano giảm dần khi tăng nồng độ từ 1100 đến 1800 U/g và thời gian phản ứng từ 2 đến 3 giờ. Mẫu 3G500 (nồng độ 1800 U/g, 3 giờ) đạt kích thước nhỏ nhất ở mức 150 nm.
• Quy trình công nghệ hoàn chỉnh: Thiết lập thành công chuỗi quy trình khép kín từ khâu chiết xuất tinh bột tam giác mạch bằng phương pháp ướt (dung dịch NaHSO3 0,3%, rây 0,8 mm, ly tâm 5000 rpm, sấy 55°C trong 10 giờ) đến khâu xử lý enzyme, kết tủa cồn và sấy thăng hoa ở -40°C trong 24 giờ.
• Đóng góp học thuật và thực tiễn: Nghiên cứu đã chứng minh tính khả thi của việc sử dụng hạt tam giác mạch (Fagopyrum esculentum)—một nguồn nông sản miền núi có hàm lượng tinh bột cao (73%) nhưng giá trị gia tăng thấp—làm nguyên liệu mới để chế tạo nano tinh bột. Đề tài cung cấp hệ thống dữ liệu thực nghiệm về kích thước hạt, vi cấu trúc SEM, phổ FTIR, độ trương nở, độ hòa tan và điện thế zeta, làm cơ sở khoa học cho các nghiên cứu ứng dụng hạt nano sinh học trong ngành công nghệ thực phẩm và bao bì tự hủy.

---

Hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp

Dựa trên nội dung và phạm vi nghiên cứu thực nghiệm trong văn bản, khóa luận tồn tại một số hạn chế và định hướng tiếp theo:

• Hạn chế:
  • Quy mô thực nghiệm mới dừng lại ở mức phòng thí nghiệm với lượng mẫu nhỏ (1 g tinh bột trong mỗi mẻ phản ứng), chưa được kiểm chứng và tối ưu hóa ở quy mô pilot.
  • Chế phẩm enzyme sử dụng là chế phẩm thương mại nhập khẩu (Novozymes, Angel Yeast), dẫn đến chi phí nguyên liệu ban đầu còn cao, chưa được tính toán cụ thể về chỉ tiêu kinh tế kỹ thuật trong sản xuất công nghiệp.
  • Nghiên cứu tập trung vào việc tạo hạt và khảo sát đặc tính hóa lý cơ bản; các thử nghiệm về khả năng bao gói chất hoạt tính sinh học hoặc độ bền thực tế khi bổ sung vào hệ nhũ tương hay màng polymer chưa được thực hiện trực tiếp trên sản phẩm cụ thể.
• Hướng nghiên cứu tiếp theo:
  • Nghiên cứu mở rộng quy mô phản ứng và tối ưu hóa thêm các yếu tố phụ trợ như tỷ lệ dung môi cồn kết tủa và điều kiện sấy thăng hoa để nâng cao hơn nữa hiệu suất thu hồi hạt nano.
  • Ứng dụng thực tế hạt nano tinh bột tam giác mạch thu được vào việc chế tạo màng bao sinh học ăn được hoặc làm chất nhũ hóa Pickering để ổn định các sản phẩm nước sốt, đồ uống nhũ tương.
  • Thử nghiệm khả năng mang và kiểm soát giải phóng các hợp chất có hoạt tính sinh học như catechin, polyphenol hoặc β-carotene trong môi trường tiêu hóa mô phỏng in vitro.

---

Giá trị tham khảo

Khóa luận là nguồn tài liệu hữu ích cho:

• Đối tượng thụ hưởng: Sinh viên, học viên cao học, cán bộ nghiên cứu thuộc các ngành Công nghệ Thực phẩm, Công nghệ Hóa học, Kỹ thuật Sinh học và Công nghệ Sau thu hoạch; các đơn vị phát triển sản phẩm nông nghiệp chế biến sâu tại các tỉnh miền núi phía Bắc.
• Nội dung tham khảo giá trị:
  • Quy trình chiết tách tinh bột tam giác mạch bằng phương pháp ướt và quy trình thủy phân enzyme kết hợp kết tủa cồn và sấy thăng hoa được mô tả chi tiết với đầy đủ thông số công nghệ (nhiệt độ, thời gian, tốc độ ly tâm, nồng độ đệm).
  • Ma trận bố trí thí nghiệm đơn yếu tố và kết hợp đa enzyme (bảng nồng độ, thời gian, tỷ lệ phối trộn) có thể áp dụng làm mẫu đối chứng cho các nghiên cứu thủy phân enzyme trên các loại tinh bột khác.
  • Các phương pháp phân tích đặc tính lý hóa và vi cấu trúc hạt nano (SEM, FTIR, DLS đo thế zeta, đo màu Minolta CR-400) được chuẩn hóa theo các tiêu chuẩn quốc tế.

---

Câu hỏi thường gặp

1. Hàm lượng tinh bột trong hạt tam giác mạch là bao nhiêu và kích thước hạt tinh bột tự nhiên có đặc điểm gì?

Theo số liệu tổng quan trích dẫn từ Peiyou Qin và cộng sự (2010), hạt tam giác mạch thông thường chứa khoảng 73% tinh bột; trong đó hàm lượng amylose là 23,01%, tinh bột kháng chiếm 18,69% và tro chiếm 2,69%. Hạt tinh bột tự nhiên có dạng hình cầu và đa giác với kích thước dao động trong khoảng từ 2–14 μm, nhỏ hơn kích thước hạt tinh bột bắp và lúa mì từ 1,4 lần.

2. Điều kiện tối ưu nhất để tạo nano tinh bột từ hạt tam giác mạch được kết luận trong khóa luận là gì?

Căn cứ vào tóm tắt và kết luận của khóa luận, điều kiện tối ưu để tạo nano tinh bột từ tinh bột hạt tam giác mạch là sử dụng enzyme khử nhánh pullulanase với nồng độ 140 U/g, thực hiện thủy phân ở nhiệt độ 55°C, pH 5,0 trong thời gian 3 giờ.

3. Đối với riêng enzyme glucoamylase, nghiệm thức nào cho kích thước hạt nano nhỏ nhất?

Trong nhóm thí nghiệm khảo sát enzyme glucoamylase (nồng độ từ 1100 đến 1800 U/g, thời gian 2 đến 4 giờ), mẫu ký hiệu 3G500 với nồng độ enzyme 1800 U/g và thời gian thủy phân 3 giờ tại 55°C cho kích thước hạt nano nhỏ nhất, đạt 150 nm (theo Bảng 4.1).

4. Quy trình thu nhận hạt nano tinh bột sau khi kết thúc phản ứng enzyme gồm những bước nào?

Sau khi thủy phân ở 55°C, enzyme được bất hoạt bằng cách đun cách thủy 30 phút, để nguội và ly tâm ở tốc độ 3000 vòng/phút trong 10 phút để thu dịch nổi. Dịch này được bổ sung cồn 96° theo tỷ lệ thể tích 1:1, khuấy từ tốc độ cao trong 1 giờ để tạo kết tủa nano. Tiếp theo, dung dịch được ly tâm 6000 vòng/phút trong 15 phút để thu tủa, làm lạnh đông tại -40°C trong 48 giờ và sấy thăng hoa trong 24 giờ để thu hạt nano tinh bột dạng khô.

5. Vì sao nghiên cứu lựa chọn phương pháp thủy phân enzyme thay vì phương pháp thủy phân acid truyền thống?

Phương pháp thủy phân acid bằng HCl (2,2 N) hoặc H2SO4 (3,16 M) đòi hỏi thời gian phản ứng rất dài từ 5 đến trên 15 ngày nhưng hiệu suất thu hồi thấp (chỉ từ 0,...% đến 15,...%) và dễ làm hòa tan một phần vật liệu. Ngược lại, phương pháp xử lý enzyme có thời gian phản ứng ngắn (2–4 giờ), hiệu suất thu hồi cao hơn (có thể đạt khoảng 55%), tính chọn lọc cao giúp hạn chế tạp nhiễm, điều kiện phản ứng ôn hòa (55°C, pH 5,0), thân thiện với môi trường và không cần trang thiết bị chuyên biệt phức tạp.

---

Kết luận

Khóa luận tốt nghiệp của sinh viên Nguyễn Thị Thu Hà và Trần Nguyễn Anh Thy đã khảo sát và hoàn thiện quy trình công nghệ tạo hạt nano tinh bột từ nguồn hạt tam giác mạch (Fagopyrum esculentum) thông qua phương pháp xử lý enzyme thân thiện với môi trường. Kết quả thực nghiệm đã xác định chế độ công nghệ tối ưu với enzyme pullulanase ở nồng độ 140 U/g trong thời gian thủy phân 3 giờ tại điều kiện nhiệt độ 55°C và pH 5,0. Nghiên cứu đã cung cấp hệ thống thông số công nghệ chi tiết từ khâu tách chiết tinh bột, thủy phân, kết tủa cồn đến sấy thăng hoa, đồng thời xác lập các dữ liệu đặc trưng về kích thước hạt, vi cấu trúc và tính chất hóa lý của sản phẩm nano. Đây là công trình thực nghiệm có ý nghĩa khoa học và thực tiễn rõ rệt, mở ra triển vọng gia tăng giá trị kinh tế cho cây tam giác mạch vùng cao phía Bắc trong các ứng dụng thực phẩm và vật liệu bao gói sinh học.

Trích đoạn nội dung tài liệu

Mở đầu Chương 2: Tổng quan Chương 3: Nguyên liệu và phương pháp nghiên cứu Chương 4: Kết quả và bàn luận Chương 5: Kết luận và kiến nghị 3 CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN 2. Tổng quan về tinh bột hạt tam giác mạch (Fagopyrum esculentum) 2. Phân loại về khoa học Hạt tam giác mạch, thường được xếp cùng nhóm với ngũ cốc, là một loại cây trồng thuộc họ Polygonaceae. Hai loại tam giác mạch chính được sản xuất và tiêu thụ trên khắp thế giới là: tam giác mạch thông thường (Fagopyrum esculentum) và tam giác mạch chua (Fagopyrum tataricum) (Peiyou Qin và cộng sự, 2010).

Hạt tam giác mạch thông thường (Hình 2.1) được phân loại khoa học theo Bảng 2. Phân loại hạt kiều mạch thông thường theo khoa học Phân loại Tên khoa học Giới Plantae Ngành Magnoliophyta Lớp Magnoliopsida Bộ Caryophyllales Họ Polygonaceae Chi Fagopyrum Loài F. Cây tam giác mạch thông thường (Fagopyrum esculentum) 4 2. Phân bố và đặc điểm sinh thái ❖ Phân bố Cây tam giác mạch thông thường được thuần hóa và trồng lần đầu ở nội địa Đông Nam Á (khoảng 6000 năm trước Công Nguyên).

Từ đó lan sang Trung Á và Tây Tạng, sau đó đến Trung Đông và châu Âu (Ohnishi, 1998). Nó là một trong những loại cây trồng sớm nhất được người châu Âu giới thiệu đến Bắc Mỹ. Việc phân tán loài cây này trên toàn cầu được hoàn thành vào năm 2006. Từ đó việc trồng trọt và sản xuất hạt tam giác mạch không ngừng phát triển, theo thống kê của tổ chức Lương thực và Nông nghiệp (FAOSTAT, 2019), các nước sản xuất hạt kiều mạch với số lượng lớn bao gồm: Nga, Trung Quốc, Ukraine, Hoa Kỳ… trong đó có Việt Nam.

❖ Đặc điểm sinh thái Tam giác mạch là cây trồng ngắn ngày, phát triển tốt trên đất bạc màu hoặc đất chua. Ở vùng khí hậu nóng, cây chỉ có thể được trồng bằng cách gieo hạt vào cuối mùa để chúng nở hoa khi thời tiết mát mẻ hơn. Chúng có hệ thống rễ phân nhánh với rễ chính ăn sâu vào đất ẩm (Stone và cộng sự, 1906). Thân cây cao từ 75 – 125 cm (Björkman và cộng sự, 2008).

Cây có thời gian sinh trưởng từ 10 – 12 tuần và nó có thể được trồng ở các khu vực có vĩ độ cao hoặc phía bắc (Quisenberry và cộng sự, 1939). Hạt tam giác mạch có hình tứ diện, hoa thường có màu trắng, màu hồng hoặc vàng (Li và cộng sự, 2001). Thành phần dinh dưỡng của hạt tam giác mạch Thành phần dinh dưỡng của hạt tam giác mạch thông thường được trình bày ở Bảng 2.2 theo nghiên cứu của Peiyou Qin và cộng sự năm 2010. Thành phần dinh dưỡng của hạt tam giác mạch thông thường STT Thành phần dinh dưỡng Hàm lượng (%) 1 Tro 2.69 5 Tinh bột Amylose 23.01 Tinh bột kháng 18.69 5 Từ bảng số liệu trên, thành phần chính của nội nhũ hạt tam giác mạch đó là tinh bột, tiếp đến là protein, chất béo, xơ và tro (Zheng và cộng sự, 1998; Stead- man và cộng sự, 2001; Bonafaccia và cộng sự, 2003).

Tinh bột tam giác mạch có dạng hình cầu và đa giác. Kích thước hạt phân bố trong khoảng từ 2-14 μm (Qian và cộng sự, 1998; Zheng và cộng sự, 1998; Qian and Kuhn, 1999), nhỏ hơn kích thước hạt tinh bột bắp và lúa mì từ 1.4 lần do đó dẫn đến hiệu suất thu hồi tinh bột hạt tam giác mạch thấp hơn đối với quy trình chiết tách ướt (Zheng và cộng sự, 1998). Nhiệt độ hồ hóa của tinh bột tam giác mạch nằm trong khoảng từ 77. Sự chênh lệch nhiệt độ này có thể là do sự khác biệt về giống loài và địa điểm gieo trồng.

Tổng quan về nano tinh bột (Starch nanoparticles) 2. Định nghĩa Hạt nano tinh bột được định nghĩa là các hạt có kích thước nhỏ hơn 1000 nm nhưng phải lớn hơn một phân tử đơn lẻ (Campelo và cộng sự, 2020). Ngoài ra cũng có một số nghiên cứu có yêu cầu nghiêm ngặt hơn rằng hạt nano tinh bột phải có kích thước không được vượt quá 300nm (Sun Q và cộng sự, 2014). Tính chất của nano tinh bột a.

Hình thái và sự phân bố kích thước hạt Hình thái, cấu trúc và sự phân bố kích thước của nano tinh bột có thể được xác định thông qua một số kỹ thuật thử nghiệm như kính hiển vi điện tử quét, kính hiển vi điện tử truyền qua (Sun, 2018). Hình thái và kích thước của nano tinh bột có thể khác nhau tùy thuộc vào điều kiện, phương pháp xác định và nguồn thực vật (Alcázar-Alay và cộng sự, 2015). Theo nhiều nghiên cứu, hính thái của nano tinh bột có thể tròn, phẳng, hình elip hoặc không đều với bề mặt nứt và xốp (Herlina Marta và cộng sự, 2023) và có phạm vi phân bố kích thước không đồng đều, trung bình từ 30 nm đến lớn hơn 250 nm. Kích thước hạt tinh bột càng nhỏ thì hạt nano tinh bột tạo ra sẽ càng nhỏ và được sử dụng nhiều hơn trong các ngành công nghiệp khác nhau (Kim và cộng sự, 2015).

Độ kết tinh Mức độ kết tinh là tỷ lệ giữa khối lượng của các miền tinh thể và tổng khối lượng của toàn bộ nano tinh bột. Mức độ kết tinh bị ảnh hưởng bởi tỷ lệ amylopectin, độ dài chuỗi, kích thước tinh thể, hướng của chuỗi xoắn kép trong vùng tinh thể và mức độ tương tác giữa các chuỗi xoắn kép (Suriya và cộng sự, 2018; Kumari và cộng sự, 2020; Dufresne 6 và cộng sự, 2014). Cấu trúc tinh thể của SNPs được xác định bằng phương pháp nhiễu xạ tia X (X-ray diffraction – XRD). Cấu trúc tinh thể được phân thành nhiều loại, bao gồm loại A, B, C và V.

Giản đồ tán xạ tia X các dạng tinh thể của tinh bột (Katsumi và cộng sự, 2015) Cấu trúc tinh thể loại A là cấu trúc điển hình của tinh bột ngũ cốc, ví dụ: ngô, lúa mì, gạo… (Katsumi và cộng sự, 2015). Cấu trúc tinh thể loại B là cấu trúc điển hình của tinh bột có hàm lượng amylose cao có trong củ, quả và thân cây, ví dụ: tinh bột từ khoai tây, chuối, dong riềng, cao lương… (Katsumi và cộng sự, 2015). Cấu trúc tinh thể loại C là hỗn hợp của loại A và B được tìm thấy trong tinh bột chiết xuất từ cây họ đậu hoặc rễ cây, ví dụ hạt đậu hoặc củ sắn… (Katsumi và cộng sự, 2015). Cấu trúc tinh thể loại V xuất hiện khi có sự hình thành phức hợp giữa amylose và lipid (Da Silva và cộng sự, 2017; Dufresne, 2014).

Mẫu nano tinh bột tạo ra từ quá trình kết tủa nano cho thấy độ kết tinh loại V (cấu trúc xoắn ốc đơn giữa amylose và ethanol). Theo nghiên cứu của Wang và cộng sự (2021), Sun và cộng sự (2014), nano tinh bột tạo ra từ sự kết hợp của phương pháp xử lý enzyme sau đó kết tinh lại cho thấy độ kết tinh của nano tinh bột tăng lên và có cấu trúc tinh thể loại B và V. Đặc tính nhiệt 7 Tính chất biến đổi nhiệt của nano tinh bột được xác định bằng phương pháp đo nhiệt lượng quét vi sai và phân tích nhiệt lượng. Những phân tích nhiệt này rất quan trọng, vì qua đó chúng giúp xác định được các điều kiện để áp dụng nano tinh bột trong công nghiệp.

Hạt nano tinh bột sắn tạo ra bằng phương pháp siêu âm dẫn đến độ ổn định nhiệt thấp hơn so với tinh bột tự nhiên, ngoài ra còn làm giảm nhiệt độ hồ hóa do sự suy yếu của các liên kết hydro trong vùng vô định hình (Da Silva và cộng sự, 2017). Phương pháp kết hợp xử lý enzyme sau đó kết tinh lại làm giảm độ ổn định nhiệt của nano tinh bột (Sun và cộng sự, 2014). Với phương pháp kết tủa, nano tinh bột tạo ra cho thấy sự giảm nhiệt độ hồ hóa do cấu trúc xoắn ốc đơn của nano tinh bột dễ bị phân hủy hơn so với tinh bột tự nhiên (Qin và cộng sự, 2016). Độ trương nở và độ hòa tan Theo báo cáo của Winarti và cộng sự, nano tinh bột từ củ dong riềng được tạo ra từ phương pháp kết tủa với butanol cho thấy sự gia tăng về thể tích trương nở (5.89%) so với tinh bột tự nhiên.

Với nghiên cứu khác vào năm 2009, nano tinh bột từ khoai tây và sắn tạo ra từ phương pháp xử lý cơ học cũng cho thấy sự gia tăng đáng kể về thể tích trương nở (Szymońska và cộng sự, 2009). Độ tiêu hóa Quá trình tiêu hóa tinh bột là một quá trình phức tạp bao gồm sự khuếch tán của enzyme vào chất nền, sự hấp thụ của enzyme lên vật liệu và các điều kiện thủy phân. Khả năng tiêu hóa của nano tinh bột trong ống nghiệm cao hơn so với tinh bột tự nhiên, thường là do diện tích tiếp xúc của tinh bột có kích thước nano sẽ cao hơn (Li và cộng sự, 2014). Theo báo cáo của Suriya và cộng sự, khả năng tiêu hóa của nano tinh bột tăng lên 41.24% bằng cách thủy phân với pullulanase, sau đó kết tinh lại trong 12-24 giờ.

Tuy nhiên, khả năng tiêu hóa của nano tinh bột có thể bị ảnh hưởng bởi nguồn tinh bột, kích thước hạt, độ kết tinh, tỷ lệ amylose – amylopectin… (Ding và cộng sự, 2016). Ứng dụng của nano tinh bột Hiện nay có rất nhiều nghiên cứu về ứng dụng của nano tinh bột trong ngành công nghiệp thực phẩm như: tạo màng có thể ăn được, ổn định hệ nhũ tương và vật liệu đóng gói các hợp chất có hoạt tính sinh học. Nano tinh bột có thể được bổ sung vào màng polymer thực vật nhằm cải thiện tính chất cơ học, tính chịu nhiệt. Việc bổ sung nano tinh bột còn được chứng minh là làm giảm 8 tính thấm nước, giúp hạn chế sự hút ẩm, ngoài ra còn giúp màng bền hơn, chịu được các tác động cơ học cao hơn (Santana JS và cộng sự, 2019; Condés MC và cộng sự, 2018).

Nhũ tương trong thực phẩm thường không giữ được tính ổn định trong quá trình vận chuyển và bảo quản. Do đó có rất nhiều phụ gia được sử dụng nhằm giải quyết vấn đề trên. Và việc sử dụng nano tinh bột để ổn định hệ nhũ tương có thể được xem là giải pháp xanh phù hợp với lối sống rất chú trọng đến sức khỏe của người tiêu dùng hiện nay. Nồng độ các hạt nano tinh bột càng cao và kích thước càng nhỏ thì hệ nhũ tương càng được ổn định tốt hơn (Shao P và cộng sự, 2018; Lu X và cộng sự, 2018).

Nano tinh bột còn được ứng dụng trong công nghệ bao gói, đây có thể được coi là một vật liệu mới đóng vai trò là chất mang các hợp chất có hoạt tính sinh học.