Nghiên cứu quá trình làm giàu tinh bột kháng tiêu trong sản xuất bột khoai môn

TÓM TẮT:

Bài viết tập trung nghiên cứu ảnh hưởng của chế độ sấy, điều kiện hấp và số chu kỳ xử lý để làm giàu tinh bột kháng tiêu trong bột khoai môn để xác định thông số công nghệ phù hợp. Bột khoai môn được tạo thành sau quá trình sấy ở 55^oC trong 6 giờ cho hàm lượng RS đạt 34,604±0,130 (g/100g). Hàm lượng RS trong bột có thể tăng 1,59 lần so với mẫu ban đầu đạt 70.142±1,523 g/100g nếu hấp bột khoai môn ở chế độ 120^oC/90 phút, đồng thời thực hiện 16 chu kỳ xử lý nhiệt - làm lạnh.

Từ khoá: Tinh bột kháng tiêu, làm giàu RS, bột khoai môn, chu kỳ hấp - làm nguội.

1. ĐẶT VẤN ĐỀ

Cây khoai môn-sọ (Colocasia esculenta (L.)Schott) được trồng phổ biến ở hầu hết các nước vùng nhiệt đới, cận nhiệt đới và ôn đới ấm áp trên toàn thế giới. Ở Việt Nam, khoai môn-sọ được trồng ở tất cả các vùng sinh thái trên cả nước với tiềm năng phát triển rất lớn. Nhiều nghiên cứu cho thấy hàm lượng amylose của bột khoai môn khá cao, khoảng 10,4±0,5% theo Sebnem Simsek và cộng sự (2012), khoảng 5-28% theo Moorthy (2004). Ngoài ra, Aboubakar, Njintang,và Mboufung (2008) cũng đã xác định hàm lượng amylose của 6 chi khoai môn khác nhau là từ 14,7% đến 30,85% [1], [2], [3].

Tinh bột là carbohydrate được tiêu thụ nhiều nhất trong chế độ dinh dưỡng, là nguồn cung cấp năng lượng chính của con người. Các enzyme thủy phân như α-amylase, glucoamylase và sucrase-isomaltase sẽ thủy phân tinh bột, tiêu hóa trong ruột non tạo ra các glucose tự do và sau đó bị hấp thụ. Tuy nhiên, không phải tất cả tinh bột sau khi ăn vào đều bị tiêu hóa và hấp thụ trong ruột non; chúng được tiêu hóa và hấp thụ hay không tùy thuộc vào các yếu tố khác nhau [4].

Vào những năm 1980, Englyst và cộng sự đã phát hiện một phần nhỏ tinh bột còn lại sau quá trình thủy phân bằng enzyme qua 2 giờ ủ [5]. Các nghiên cứu tiếp theo trên đường tiêu hóa của các đối tượng cắt bỏ hồi tràng khỏe mạnh trong điều kiệu invivo đã khẳng định những phần tinh bột còn lại này chống lại sự tiêu hóa ở ruột non, đến ruột già nguyên vẹn và có thể được lên men tại đó. Từ đó, khái niệm tinh bột kháng tiêu (Resistant Starch - RS) đã được đặt ra để mô tả các loại tinh bột này. Theo Tharanathan (2002), RS được định nghĩa là phần tinh bột không bị thủy phân thành D-glucose ở ruột non và được lên men ở ruột già sau 120 phút [6].

Vì vậy, trong nghiên cứu này, tác giả tiến hành nghiên cứu điều kiện xử lý để sản xuất và làm giàu tinh bột kháng tiêu RS từ khoai môn. Kết quả của nghiên cứu là tiền đề cho các nghiên cứu sâu hơn cũng như tối ưu hóa điều kiện làm giàu RS trong bột khoai môn.

2. NGUYÊN LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

2.1. Nguyên liệu

Khoai môn sọ (Colocasia antiquorum) từ hệ thống Siêu thị Big C tại Thành phố Hồ Chí Minh được sử dụng cho nghiên cứu này. Khoai môn sọ được thu hoạch ở giai đoạn trưởng thành, củ tròn căng, nguyên vẹn, không bị trầy xước, sâu thối, khối lượng củ không nhỏ hơn 50g/củ.

2.2. Chuẩn bị mẫu

Khoai môn sọ nguyên liệu được làm sạch tạp chất, tách vỏ bằng tay, nghiền tươi để tiến hành xác định hàm lượng tinh bột kháng tiêu hóa (RS) có trong nguyên liệu tươi. Củ khoai môn sọ sau khi tách tạp chất, làm sạch, gọt vỏ được cắt thành lát mỏng khoảng 2mm và được sấy ở các chế độ nhiệt độ và thời gian khảo sát khác nhau. Các lát khoai sau khi sấy được nghiền mịn trong cối inox đến khi hạt bột lọt qua lỗ rây 0,05 mm. Mẫu bột khoai được đóng gói bằng túi PE, zip kín miệng và được lưu trữ ở nhiệt độ thường để sử dụng cho thí nghiệm.

2.3. Phương pháp nghiên cứu

2.3.1. Nghiên cứu chế độ sấy tạo sản phẩm bột khoai môn

Cân mỗi mẫu 300g khoai môn tươi đã làm sạch và cắt lát; tiến hành sấy khoai ở các chế độ nhiệt độ 45^oC, 55^oC, 65^oC trong thời gian 2 giờ, 4 giờ, 6 giờ, 8 giờ. Mẫu khoai sau khi sấy được nghiền bằng cối inox trong 5 phút. Bột khoai nghiền lọt qua rây có kích thước 0,05mm. Tiến hành xác định hàm lượng RS và độ ẩm của bột khoai để lựa chọn chế độ tối ưu cho quá trình sấy tạo bột chuối.

2.3.2. Khảo sát điều kiện làm giàu RS trong bột khoai môn

Cân 4g mẫu bột khoai môn từ kết quả thí nghiệm 2.2.1 cho vào các hũ thủy tinh nắp kim loại, thêm nước cất vào hũ theo tỷ lệ 1:3 (w/w), trộn đều. Tiến hành hấp lần lượt các mẫu ở chế độ nhiệt độ 100^oC, 110^oC, 120^oC trong lần lượt 30, 60, 90, 120 phút bằng nồi hấp tiệt trùng. Mẫu sau khi hấp được làm lạnh đến nhiệt độ 4^oC và giữ trong 24h. Bột khoai môn sau giữ lạnh được lấy mẫu để xác định hàm lượng RS.

2.3.3. Khảo sát số chu kỳ xử lý làm giàu RS trong bột khoai môn

Hàm lượng RS trong bột khoai môn thay đổi theo số chu kỳ xử lý nhiệt. Tiến hành chu kỳ hấp -làm lạnh liên tiếp các hũ bột khoai môn (tỷ lệ bột:nước là 1:3 w/v) lần lượt theo 4 chu kì, 8 chu kì, 12 chu kì, 16 chu kì ở nhiệt độ và thời gian đã xác định ở thí nghiệm 2.2.2. Bột khoai môn sau khi xử lý hấp - làm lạnh được lấy mẫu phân tích, xác định hàm lượng RS.

2.3.4. Phương pháp xác định tinh bột kháng tiêu

Các mẫu được ủ trong bể lắc theo chuyển động thẳng mức bão hòa PAA và AMG tinh khiết trong 4 giờ ở 37^oC. Trong thời gian này, tinh bột không kháng (tinh bột tiêu hóa) được hòa tan và bị thủy phân thành D-gluco do tác động kết hợp của 2 enzyme. Phản ứng kết thúc bằng cách thêm một thể tích bằng nhau ethanol hoặc rượu methyl hóa công nghiệp (IMS, ethanol biến tính) và RS được thu hồi dưới dạng viên trên máy ly tâm.

Viên RS này sau đó được rửa 2 lần bằng huyền phù trong IMS nước hoặc Ethanol (50%v/v), sau đó là ly tâm. Chất lỏng phía trên được gạn bỏ. RS trong viên được hòa tan trong NaOH 1,7 M bằng cách khuấy mạnh trong bồn nước đá trên máy khuấy từ. Dung dịch này được trung hòa với dung dịch đệm acetate và tinh bột là định lượng thủy phân thành D-glucose với AMG. D-Glucose được đo bằng thuốc thử glucose oxidase/peroxidase (GOPOD) và đây là thước đo hàm lượng RS của mẫu.

Tinh bột không kháng (tinh bột hòa tan) được xác định bằng cách gộp phần dịch gạn ban đầu và sau khi rửa, định mức đến100ml và đo hàm lượng D-glucose bằng thuốc thử GOPOD.

2.3.5. Phương pháp phân tích và xử lí số liệu

Trong nghiên cứu này, mỗi thí nghiệm được tiến hành lặp lại 3 lần. Kết quả được trình bày ở dạng giá trị trung bình ± độ lệch chuẩn. Số liệu thực nghiệm được xử lí bằng phần mềm Microft Office Excel 2013 và phần mềm thống kê Minitab 19.

3. KẾT QUẢ VÀ BÀN LUẬN

3.1. Nghiên cứu chế độ sấy tạo sản phẩm bột khoai môn

Sấy là quá trình tách nước làm khô khối nguyên liệu, lát khoai môn đạt độ ẩm ≤13% để chuẩn bị cho quá trình nghiền thành bột khoai môn. Quá trình sấy này quyết định đến độ ẩm để bảo quản bột khoai môn, đồng thời cũng ảnh hưởng đến hàm lượng tinh bột kháng tiêu và các thành phần hóa học của sản phẩm. Vì thế, lựa chọn chế độ sấy là điều rất cần thiết. Kết quả khảo sát ảnh hưởng của chế độ sấy đến hàm lượng RS của bột khoai môn được thể hiện trong Bảng 1.

Bảng 1. Ảnh hưởng của chế độ sấy đến hàm lượng RS trong bột khoai môn (g/100g)

Khi so sánh hàm lượng RS trong bột khoai môn ở các thời gian và nhiệt độ sấy khác nhau có thể nhận thấy hàm lượng RS giảm nhẹ ở thời gian sấy từ 2 giờ đến 6 giờ, nhưng lại giảm rõ rệt nhất là khi bột sấy ở 8 giờ. Mặc dù nhiệt độ cao giúp loại nước trong sản phẩm nhanh nhất nhưng mức nhiệt 65^oC này kéo theo hàm lượng tinh bột kháng tiêu có xu hướng giảm mạnh sau khi sấy, hàm lượng RS của bột khoai môn xử lý tại 65^oC/4h là 29,093±0,048 (g/100g) thấp hơn so với RS ở chế độ 55^oC/6h.

Điều này có thể được giải thích như sau: RS có trong bột khoai môn là RS2 với kết cấu bao bọc nhiều lớp xuyên tâm và bị mất nước tương đối. Cấu trúc rắn chắc này hạn chế khả năng tiếp cận của các enzyme tiêu hóa và tạo ra tính chất kháng tiêu hóa tự nhiên của RS2 [7]. Tuy nhiên khi bị gia nhiệt trong điều kiện độ ẩm cao và nhiệt độ cao, hơi nước đã xâm nhập và làm giảm sự rắn chắc của các hạt RS2, dẫn đến cấu trúc bao bọc nhiều lớp xuyên tâm này bị phá vỡ một phần, đồng thời thời gian gia nhiệt càng lâu thì mức độ bị phá vỡ càng lớn. Phần RS2 bị phá vỡ cấu trúc sẽ giảm hoặc mất khả năng kháng tiêu hóa [8] [9].

Từ kết quả nghiên cứu trên có thể thấy nhiệt độ và thời gian có ảnh hưởng đến hàm lượng tinh bột kháng tiêu. Do vậy, để đạt được độ ẩm phù hợp (<13%) cho bảo quản bột khoai môn và hàm lượng tinh bột kháng tiêu thì nhiệt độ 55^oC trong 6 giờ là thông số công nghệ phù hợp để tạo sản phẩm bột khoai môn có chất lượng cao.

3.2. Khảo sát điều kiện làm giàu RS trong bột khoai môn

Bột khoai môn sau khi bổ sung ẩm được hấp trong nồi tiệt trùng ở 3 nhiệt độ khác nhau và làm lạnh ở 4^oC/24h. Quá trình này được gọi là nâng cấp tinh bột thoái hóa, RS thu được là RS3.

Bảng 2. Ảnh hưởng của chế độ hấp đến hàm lượng RS trong bột khoai môn (g/100g)

Từ kết quả thí nghiệm trình bày ở Bảng 2 có thể thấy nhiệt độ và thời gian hấp ảnh hưởng đáng kể đến hàm lượng RS trong mẫu bột khoai môn. Cụ thể, ở nhiệt độ 100^oC, thời gian hấp từ 30 đến 120 phút hàm lượng RS tăng nhưng tốc độ tăng chậm từ 14,611±0,921 đến 31,005±1,159 g/100g; tuy nhiên khi xử lý ở nhiệt độ 120^oC và thời gian 30 - 120 phút hàm lượng RS tăng nhanh (từ 22,016±0,762 đến 45,987±0,327 g/100g) tương đương 2,088 lần. Trong đó, khi xử lý mẫu ở chế độ 120^oC/90 phút thì tỷ lệ tăng RS là cao nhất, đạt 44,091±1,033 (g/100g). Kết quả này có thể được giải thích là do khi nhiệt độ và thời gian xử lý (hấp) càng cao thì sản phẩm có RS càng nhiều, nhưng khi đạt được khoảng nhiệt độ và thời gian tối ưu thì dù tăng thêm nhiệt độ hay thời gian, thì lượng RS thu được cũng tăng lên không đáng kể, tiêu tốn năng lượng và thời gian không cần thiết.

Việc tăng hàm lượng RS dưới tác động của nhiệt độ và thời gian quá trình hấp và làm lạnh phản ánh khả năng ảnh hưởng của các yếu tố này rất lớn. Sau khi hấp và làm mát, hàm lượng RS được hình thành với khối lượng nhỏ, do lượng amylose nhỏ. Việc tạo thành các polyme có trọng lượng phân tử thấp được thúc đẩy sau quá trình nâng cấp. Trật tự các chuỗi glucan bị mất khi hồ hóa và trật tự mới được tạo ra một cách tự nhiên trong quá trình làm mát. Nhưng việc hồ hóa trong thời gian dài làm các phân tử bị phá vỡ và không thể tái cấu trúc khi làm lạnh dẫn đến việc RS giảm. Nâng cấp là một quá trình liên quan đến những thay đổi trong cấu trúc của các tương tác hydro trong tinh bột ngậm nước và do đó đây được coi là tác động vật lí chứ không phải tác động hóa học, vì không có liên kết hóa học vĩnh viễn mới được tạo ra. Quy luật kết quả này tương tự với đánh giá hàm lượng tinh bột kháng ở 3 loại đậu hấp khác nhau.

Như vậy, nhiệt độ và thời gian thích hợp cho quá trình hấp thu được lượng RS tối ưu và chất lượng bột tốt nhất là 120^oC trong 60 phút.

3.3. Khảo sát số chu kỳ xử lý làm giàu RS trong bột khoai môn

Quá trình lặp lại chu kì hấp - làm lạnh là điều kiện thích hợp để tăng hàm lượng RS3 trong sản phẩm bột khoai môn khi mà một phần RS2 có trong khoai môn nguyên liệu sẽ bị mất sau quá trình chế biến.

Bảng 3. Ảnh hưởng của số chu kỳ xử lý làm giàu đến hàm lượng RS

trong bột khoai môn

Số liệu ở Bảng 3 cho thấy số chu kỳ xử lý hấp - làm lạnh hỗn hợp bột khoai môn có ảnh hưởng đáng kể đến hàm lượng RS trong mẫu. Ở cùng một chế độ hấp nhưng khi tăng số chu kì xử lý thì hàm lượng RS trong hỗn hợp cũng tăng tuyến tính. Tuy nhiên, khi số chu kỳ lặp thấp (4 chu kì) hàm lượng RS tăng không đáng kể, đạt 1,09 lần so với chu kỳ đầu tiên (tương đương 47.895±0,436 g/100g); ở 8 chu kì hàm lượng RS tăng 1,25 lần (đạt 54.877±0,237 g/100g), hàm lượng RS đạt cực đại khi số chu kỳ lặp là 20 (tăng 1,65 lần) tuy nhiên, không có sự khác biệt có nghĩa (a=0,05) về hàm lượng RS của mẫu bột được xử lý ở 16 và 20 chu kỳ. Có thể nhận thấy số chu kì hấp - làm lạnh ảnh hưởng tích cực đến quá trình nâng cao hàm lượng tinh bột kháng tiêu trong sản phẩm bột khoai môn. Kết quả này hoàn toàn tương đồng với nghiên cứu đã công bố của tác giả Hickman và cộng sự (2009), hàm lượng RS của tinh bột lúa mì và ngô bình thường tăng lên khoảng 20% khi xử lý bằng phương pháp hấp tiệt trùng [10]; nhóm nghiên cứu của Trinh và cộng sự (2013) trên tinh bột khoai lang; cũng như kết quả của tác giả Bjorck (1987) khi nghiên cứu làm giàu RS trên tinh bột lúa mì [11].

Hình 1: Chu kỳ hấp

Từ kết quả nghiên cứu trên, quá trình hấp và làm lạnh ở 16 chu kì làm giàu hàm lượng tinh bột kháng tiêu (cao nhất đạt 70,142g/100g) cho thấy số chu kì làm hấp và làm lạnh có tác động tích cực đến sự gia tăng hàm lượng tinh bột kháng trong hỗn hợp bột khoai môn.

4. KẾT LUẬN

Hàm lượng tinh bột kháng RS trong bột khoai môn có thể đạt giá trị cực đại ở một điều kiện công nghệ phù hợp. Chế độ sấy tạo bột làm giảm hàm lượng RS2 có sẵn trong nguyên liệu. Tuy nhiên, xử lý bột khoai môn bằng kỹ thuật hấp (gia nhiệt, ẩm) và làm lạnh theo nhiều chu kỳ liên tiếp đã làm tăng hàm lượng RS3 trong sản phẩm. Khi chế độ xử lý bột khoai môn là 120^oC/90 phút, số chu kỳ xử lý nhiệt - làm lạnh là 16 thì hàm lượng RS trong hỗn hợp đạt 70.142±1,523 g/100g, cao gấp 1,59 lần so với bột khoai môn sau khi sấy.

LỜI CẢM ƠN:

Đề tài được thực hiện bằng nguồn kinh phí hỗ trợ từ Trường Đại học Công nghiệp Thực phẩm Thành phố Hồ Chí Minh, được quản lý bởi Khoa Công nghệ thực phẩm, theo hợp đồng số 42/HĐ-DCT ngày 03/9/2019.

TÀI LIỆU THAM KHẢO:

Simsek and S. N. El. (2012). Production of resistant starch from taro (Colocasia esculenta L. Schott) corm and determination of its effects on health by in vitro methods. Carbohydrate polymers, 90, 1204-1209.
S. Sajeev, M.R. Manikantan, A.R.P. Kingsly, S.N. Moorthy, and J. Sreekumar. (2004). Texture Analysis of Taro (Colocasia esculenta L.Schott) Cormels during Storage and Cooking. Food Engineering and Physical Properties, 69, 7.
Aboubakar, Y.N., Njintang,J.S, Mboufung, C.M.F. (2008). Physicochemmical, thermal properties and microstructure of six varieties of taro (colocasia esculenta L. Schott) flours and starches. Journal of food engineering, 86, 294-305.
P. Nugent. (2005). Health properties of resistant starch. Nutrition Bulletin, 30, 27-54.
N. Englyst, S. Kingman, and J. Cummings. (1992). Classification and measurement of nutritionally important starch fractions, European Journal of Clinical Nutrition, 46, S33.
N. Tharanathan. (2002).Food-derived carbohydrates-structural complexity and functional diversity. Critical Reviews in Biotechnology, 22, 65-84.
McCleary et al. (2002). Measurement of resistant starch by enzymatic degestion in starch and selected plant materials: collaborative study. Journal of AOAC International, 85(5), 1103-1111.
Bavaneethan et al. (2015), Effect of different procesing time on resistant starch content of selected tubers. World Journal of Agricultural Science, 11, 244-246.
D. Fabbri et al. (2016). Evaluation of resistant starch content of cooked black beans, pinto beans, and chickpeas. NFS Journal, 3, 8-12.
Elliot Hickman, Srinivas Janaswamy, and Yuan Yao. (2009). Autoclave and β-Amylolysis Lead to Reduced in Vitro Digestibility of Starch. Journal of Agricultural and Food Chemistry, 57(15), 7005-7012.
Bjorck et al. (1987). Formation of enzyme resistant starch during autoclaving of wheat starch: Studies in vitro and in vivo. Journal of Cereal Science, 6(2), 159-172.

A STUDY ON THE ENRICHMENT OF RESISTANT STARCH

IN TARO POWDER

Master. HOANG THI TRUC QUYNH ¹

Master. DO MAI NGUYEN PHUONG ²

LE MINH NGHIA ³

^{1 2 3}Ho Chi Minh City University of Food Industry

ABSTRACT:

This study examines the optimal process conditions including drying modes, steaming conditions and number of processing cycles for the enrichment of resistant starch in taro powder. The taro powder is formed after the 6-hour drying process at 55^oC and the resistant starch content is 34.604 ± 0.130 (g /100g). If the taro powder is steamed at 120^oC for 90 minutes, then processed with 16 heating – cooling cycles, the resistant starch content will increase by 1.59 times to 70.142±1.523 (g/100g), compared to the original sample.

Keywords: Resistant starch, enrichment, taro powder, steaming - cooling cycle.