MỞ ĐẦU Hiện nay bệnh đái tháo đường, thừa cân, béo phì và ung thư đại trực tràng đang trở thành những bệnh phổ biến trên thế giới nói chung và ở Việt Nam nói riêng. Hội đái tháo đường Quốc tế (IDF) thống kê năm 2019 có hơn 463 triệu người mắc bệnh, trong đó có 1,6 triệu người chết/năm và dự đoán tử vong lớn vào năm 2030. Một trong những nguyên nhân gây ra vấn đề này là do khẩu phần ăn liên quan đến tinh bột. Về thừa cân, béo phì, có đến 35,8 triệu ca mắc bệnh và 2,8 triệu người chết/năm với độ tuổi ngày càng trẻ hóa [1].
Số liệu của WHO năm 2018 [2] cũng chỉ ra rằng hằng năm có 1,8 triệu ca tử vong về ung thư đại trực tràng, đứng thứ 3 trong số 9,6 triệu ca tử vong/năm về các bệnh ung thư. Thói quen sử dụng nhiều tinh bột có thể dẫn đến nguy cơ mắc những căn bệnh trên đây ngày càng lớn hơn. Do đó, giới nghiên cứu ngày càng quan tâm hơn đến việc tạo các sản phẩm từ tinh bột có khả năng sinh đường thấp [3]. Phần tinh bột thoát khỏi quá trình tiêu hóa ở ruột non và được xác định không thể tiêu hóa được trong vòng 120 phút gọi là tinh bột kháng tiêu hóa - RS.
Tinh bột kháng là nguồn carbohydrate không tiêu hóa dồi dào nhất, rất tốt cho các bệnh nhân đái tháo đường và có thể quan trọng như NSP (polysacarit không chứa tinh bột). Chúng làm tăng cường hấp thu khoáng và ngăn ngừa các bệnh viêm ruột, ung thư đại trực tràng (IBD) [4]. Tiềm năng của RS không chỉ như một chất xơ ăn kiêng mà chúng có nhiều chức năng sinh lý tốt khác. Chẳng hạn như RS có khả năng tăng sinh vi khuẩn tạo các axit béo chuỗi ngắn (SCFAs) trong đó có butyric giúp hỗ trợ sức khỏe đường ruột [5], [6], [7].
RS không chỉ thể hiện tác dụng sinh lý kể trên mà còn có những tính chất chức năng đặc biệt trong chế biến thực phẩm [8], [9]. Tùy thuộc vào phương pháp biến đổi tinh bột tạo RS mà những tính chất này có thể khác nhau. Tuy nhiên các tính chất nổi trội chủ yếu có ích trong việc cải thiện chất lượng trong các sản phẩm bánh khô thường được đề cập là kích thước hạt mịn, mùi dễ chịu, màu trắng, nhiệt độ hồ hóa cao, khả năng liên kết nước kém, trương nở tốt, tạo gel tốt, giữ kết cấu giòn, xốp [10], [11], [12]. Sản phẩm thực phẩm có nguồn tinh bột được thay thế bằng RS có thể đem lại sự cải thiện về một số chỉ tiêu chất lượng trong sản xuất đồng thời còn giữ vai trò như một prebiotic mang lại lợi ích cho sức khỏe người tiêu dùng [13], [14], [15], [16], [17].
Các đặc tính sinh lý, tính chất chức năng cũng như hàm lượng RS khác nhau tùy thuộc 1 vào nguồn gốc, loại nguyên liệu và phương pháp biến đổi [18]. Do vậy, các nhà khoa học không ngừng tìm kiếm nguồn nguyên liệu tại khu vực để gia tăng lượng tinh bột kháng này. Đậu xanh được biết đến với lợi thế là nguồn tinh bột lớn và khó tiêu [19], [20], [21], [22]. Ủy ban về chế độ ăn lành mạnh từ hệ thống thực phẩm bền vững (The EAT-Lancet Commission on Healthy Diets from Sustainable Food Systems) kết luận rằng mức tiêu thụ các loại đậu trên toàn cầu sẽ tăng gấp đôi vào năm 2050 [24].
Ở Việt Nam nguồn cung nguyên liệu này khá dồi dào do điều kiện tự nhiên và khí hậu thích hợp. Số liệu năm 2018 thống kê diện tích trồng là 80.339 ha, với tổng sản lượng là 83,668. Ưu thế của việc chọn đậu xanh làm nguồn tạo RS còn nằm ở chỗ khả năng tách và làm sạch tinh bột dễ dàng. Hơn thế nữa hạt tinh bột đậu xanh nhẵn, mịn, nhỏ, hàm lượng amylose (AM), RS cao, phân bố nhánh của amylopectin (AP) trong khoảng 13-36 ĐvG lớn [26], [27], [28] là điều kiện tốt để làm giàu RS.
Bên cạnh đó, về mặt tính chất chức năng, tinh bột đậu xanh còn thể hiện ưu điểm như độ trương nở thấp, tính chất hồ hóa tốt tạo độ đàn hồi, tạo gel tốt có thể thuận lợi cho việc ứng dụng vào các sản phẩm sợi hoặc bánh có độ ẩm thấp [12], [29], [30], [31]. Các đặc điểm vốn có của tinh bột đậu xanh như kể trên cần được nghiên cứu và làm rõ. Không chỉ tìm kiếm các nguồn nguyên liệu có nhiều lợi thế, các phương pháp làm giàu tinh bột kháng cần được chọn lọc cho phù hợp. Các tác nhân vật lý và enzym được quan tâm nhiều hơn so với các tác nhân hóa học trong việc gia tăng hàm lượng RS do tính an toàn trong tồn dư [3], [32], [33], [34].
Ưu điểm của các phương pháp này là hiệu quả cao nhưng nhược điểm là thời gian kéo dài và tốn kém. Sử dụng enzyme pullulanase là phương pháp hữu hiệu để cắt các nhánh trong phân tử AP tạo ra lượng mạch thẳng ngắn và trung bình- điều kiện để tăng khả năng xoắn, tạo độ kết tinh hình thành RS [35]. Trong khi đó, vi sóng là phương pháp gia nhiệt vật lý an toàn có lợi thế về thời gian xử lý ngắn, cắt mạch AM và tạo điều kiện cho các mạch ngắn sát nhau có thể dễ dàng tạo xoắn kép- một cơ sở làm tăng RS [36], [37], [38], [39]. Các phương pháp kết hợp tỏ ra hiệu quả hơn được nhiều nhà khoa học chú ý [13], [40], [41], [42].
Do vậy, sự kết hợp hai biện pháp enzyme và gia nhiệt bằng vi sóng để biến đổi loại tinh bột đậu xanh có hàm lượng AM cao với mục đích làm giàu RS và ứng dụng vào sản phẩm bánh quy không gluten, sinh đường thấp là một quy trình đáng quan tâm nghiên cứu. 2 Chính vì vậy, luận án “Nghiên cứu sản xuất tinh bột kháng tiêu hóa từ tinh bột đậu xanh và ứng dụng trong chế biến thực phẩm” được thực hiện nhằm chọn được loại nguyên liệu đậu xanh được trồng tại Việt Nam phù hợp với việc gia tăng RS, đồng thời phát triển phương pháp làm giàu RS hiệu quả và ứng dụng trong chế biến bánh quy không gluten sinh đường thấp. Từ đó, có thể hiểu rõ hơn bản chất của sự hình thành RS sẵn có trong đậu xanh, ảnh hưởng của các thông số kỹ thuật trong quy trình biến đổi tinh bột trong làm giàu tinh bột kháng và tính chất chức năng của loại tinh bột sau biến đổi. Ý nghĩa thực tiễn: - Gia tăng giá trị của đậu xanh thông qua việc tạo sản phẩm tinh bột kháng.
- Xây dựng được quy trình làm giàu tinh bột kháng bằng sự kết hợp xử lý tinh bột đậu xanh bằng enzyme và vi sóng. - Góp phần đa dạng hóa sản phẩm thực phẩm từ tinh bột đậu xanh giàu tinh bột kháng phục vụ cho đối tượng ăn kiêng và bệnh nhân đái tháo đường. Ý nghĩa khoa học: - Xác định được các chỉ dấu trong thành phần và cấu trúc phân tử để lựa chọn loại tinh bột đậu xanh phù hợp cho sản xuất tinh bột kháng. - Thiết lập phương pháp làm giàu tinh bột kháng bằng phương pháp enzyme có hỗ trợ vi sóng thông qua việc xác định quy luật ảnh hưởng của các thông số kỹ thuật đến thành phần và cấu trúc phân tử của tinh bột khi xử lý.
- Xác định khả năng thay thế và cải thiện chất lượng bánh quy không đường, không gluten của tinh bột đậu xanh giàu tinh bột kháng. TỔNG QUAN TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU, MỤC TIÊU VÀ NHIỆM VỤ NGHIÊN CỨU Đậu xanh và tinh bột đậu xanh 1.1 Giới thiệu chung Đậu xanh hay đỗ xanh (Mung bean, green gram) là tên thường gọi của loài Vigna radiata (L. Theo Tổ chức Nông lương Thế giới (FAO), loài đậu xanh (Vigna radiata) bắt nguồn từ Ấn độ và Trung Á, sau đó lan sang nhiều khu vực khác của Châu Á. Sự phân bố rộng rãi của cây đậu xanh từ Châu Á đến Châu Phi, Châu Âu, Châu Úc là do cây đậu xanh có khả năng thích ứng rộng, chịu hạn khá và có thể thích nghi với các vùng có điều kiện khắc nghiệt [43].
Hơn thế nữa, các nốt sần trên rễ cây đậu xanh còn có khả năng cố định nitơ, cải tạo và làm giàu chất dinh dưỡng cho đất [43]. Nhưng hơn hết vẫn là hạt đậu xanh, sản phẩm quan trọng của quá trình canh tác cây, được sử dụng nhiều làm thực phẩm với các tác dụng dược lý xác định. Ở Việt Nam đậu xanh được trồng trên khắp cả nước từ Bắc chí Nam. Đây là loài cây rau quan trọng và là một loại đậu có giá trị đặc biệt trong văn hóa ẩm thực Việt Nam.
Bên cạnh đó, do có ưu thế về chu kỳ sinh trưởng ngắn (60 – 80 ngày từ lúc mọc mầm đến chín), kỹ thuật canh tác đơn giản, trồng được nhiều vụ trong năm, dễ luân canh, tăng vụ, trồng xen, trồng gối với nhiều loại cây khác nên ngày càng được phát triển mạnh. Đậu xanh đã trở thành cây rất được ưa thích trong hệ thống đa canh hay khi chuyển dịch cơ cấu cây trồng. Cây đậu xanh (Vigna radiata) là một chi Đậu (đỗ) (Vigna) gồm có 3 thứ (phân loài): V. Sublobata, phổ biến nhất là thứ V.
Dưới thứ có nhiều giống khác nhau, được trồng, chọn lọc và lai tạo phù hợp với từng vùng đất. Các giống đậu xanh được trồng phổ biến ở Việt Nam có những đặc điểm đặc trưng thể hiện trong Bảng 1.1 Đặc điểm đặc trưng của một số giống đậu xanh phổ biến ở Việt Nam STT Giống đậu Đặc điểm hình thái 1 KPS1 Giống nhập nội của Thái Lan, dòng hạt to, xanh tối, chín tập trung, năng suất cao. Trồng nhiều ở miền Duyên hải Trung bộ. 2 V123 Giống dòng hạt xanh mỡ, hạt to, ruột vàng.
Thời gian sinh trưởng 70 ngày. Trồng cả 3 vụ xuân, hè, thu đông, phổ biến ở cả vùng đồi núi, trung du và đồng bằng. 3 T135 Giống dòng hạt to, xanh mốc, sinh trưởng ngắn 65 - 75 ngày, phân cành khá 3 - 4 cành/ cây, năng suất cao, chịu thâm canh, chịu sâu bệnh khá. Số quả/ cây, số hạt/ quả cao, khối lượng 1000 hạt từ 45 - 65g.
Trồng vụ đông và xuân ở miền Bắc và miền Trung (đất đồi, gò, bãi ven sông). 4 DX044 Giống nhập nội, thích ứng trên diện rộng khắp cả nước ở cả 3 vụ xuân, hè và thu. Cây cao 45 - 50 cm, thời gian sinh trưởng ở vụ xuân là 80 ngày, vụ hè là 75 - 80 ngày, vụ thu đông là 90 ngày. Hạt to, khối lượng 1000 hạt là 65 - 70g, đạt tiêu chuẩn xuất khẩu.
5 DX14 Giống nhập nội từ Hàn Quốc. Thích ứng trồng ở khu vực phía bắc. Sản lượng ổn định.
