Ứng dụng công nghệ chiếu xạ để sản xuất maltodextrin kháng tiêu hóa từ tinh bột gạo dùng làm chất xơ thực phẩm
Maltodextrin kháng tiêu hóa là sản phẩm chế biến công nghệ cao đã được sản xuất công nghiệp và thương mại trên thị trường thế giới, nhưng chưa được nghiên cứu đầy đủ, sản xuất và ứng dụng trong nước. Việc phát triển sản phẩm mới này sẽ góp phần đa dạng hóa sản phẩm chế biến từ gạo, tạo đầu ra là những sản phẩm có giá trị gia tăng cao, phù hợp với chủ trương của Nhà nước. Kết quả thực hiện nhiệm vụ khoa học công nghệ này sẽ khẳng định được năng lực làm chủ công nghệ chiếu xạ và một số công nghệ tiên tiến liên quan khác. Nhiệm vụ này khi đạt được mục tiêu và sản phẩm được thương mại sẽ có tác động và ảnh hưởng đến nhiều lĩnh vực của đời sống, kinh tế - xã hội, bao gồm bảo vệ sức khỏe, chế biến công nghệ cao, phát triển thương mại.
Tại Việt Nam, liên quan đến đề tài, còn một số vấn đề tồn tại, chẳng hạn chưa có nghiên cứu ứng dụng công nghệ chiếu xạ xử lý tinh bột nhằm biến tính, nhất là để sản xuất maltodextrin, đặc biệt là để sản xuất maltodextrin kháng tiêu hóa. Vì vậy chưa có quy trình sản xuất RMD bằng công nghệ chiếu xạ. Công nghệ tinh chế chưa đạt trình độ nước ngoài vì chưa áp dụng kỹ thuật trao đổi ion, công nghệ đường hóa và tách sắc ký cột. Chưa có kết quả nghiên cứu công nghệ kèm theo thiết kế chế tạo thiết bị, nên rất chưa đủ điều kiện và rất khó để nâng cấp phát triển ứng dụng.
Xuất phát từ thực tiễn trên, PGS.TS. Nguyễn Duy Lâm cùng nhóm nghiên cứu tại Viện Cơ điện nông nghiệp Công nghệ STH thực hiện nghiên cứu “Ứng dụng công nghệ chiếu xạ để sản xuất maltodextrin kháng tiêu hóa từ tinh bột gạo dùng làm chất xơ thực phẩm” với mục tiêu: Xây dựng được quy trình công nghệ ứng dụng kỹ thuật chiếu xạ để sản xuất maltodextrin kháng tiêu hóa làm chất xơ thực phẩm từ tinh bột gạo; Chế tạo được hệ thiết bị sản xuất maltodextrin kháng tiêu hóa, quy mô 30-50 kg nguyên liệu/mẻ; Ứng dụng maltodextrin kháng tiêu hóa để sản xuất 8 loại thực phẩm chế biến.
Đề tài chọn 6 mẫu thóc, trong đó có 2 mẫu có hàm lượng amylose khá cao (Gia Lộc 601, 13/2), hai mẫu trung bình (IR 50404, OM 576), và 2 mẫu thấp (STN-2, OM 9584). Các đơn vị cung cấp mẫu giống có ở Miền Bắc, Nam Trung bộ và Tây Nam bộ). Đã phân tích xác định thành phần cơ bản của gạo từ 6 giống (hàm lượng tinh bột, amylose, protein, hàm lượng tinh bột KTH). Hàm lượng protein của bột gạo của tất cả các mẫu trong khoảng 7,48 - 9,49% bị loại bỏ gần hết sau khi tách và làm sạch. Hàm lượng protein của hầu hết các giống gạo Việt Nam trong khoảng 7 - 10% theo một số nghiên cứu so sánh. Hàm lượng tinh bột kháng tiêu hóa của bột gạo từ 6 giống lúa đều thấp. Tinh bột KTH được tính bằng hàm lượng chất xơ thực phẩm TDF (Total Dietary Fiber) xác định theo phương pháp AOAC 985.29. TDF thấp này của 6 mẫu tinh bột theo phương pháp đã nêu là phù hợp với kết quả nghiên cứu khác.
Đã phân tích các thành phần đa lượng cơ bản, hàm lượng chất xơ TDF và mức kháng tiêu hóa của tinh bột gạo tinh chế từ 6 mẫu bột gạo các giống. Mức kháng tiêu hóa của tinh bột tự nhiên và tinh bột đã xử lý nhiệt phân được xác định dựa theo phương pháp AOAC 2001-03. Từ bảng cho thấy hàm lượng protein thấp chứng tỏ phương pháp phân lập và tinh chế mà đề tài sử dụng là phù hợp và vì vậy sẽ hoàn thiện để có thể sử dụng cho quy mô phân lập lớn. Do loại bỏ được thành phần protein mà hàm lượng amylose đã tăng lên so. Việc tăng amylose còn có thể do sự hình thành thêm từ amylopectin nhờ quá trình phân lập tinh bột.
Kết quả cho thấy hàm lượng amylose của tinh bột giống lúa Gia Lộc 601 (32,86%) và giống 13/2 (31,61%) thuộc phân loại có amylose cao. Tiếp theo là 2 giống IR50404 và OM576 (28,92% và 25,87%) thuộc phân loại amylose trung bình. Hai giống OM9584 và STN-2 (18,23% và 16,49%) thuộc loại nhóm amylose thấp. Kết quả xác định hàm lượng chất xơ TDF cho thấy tinh bột tự nhiên có hàm lượng amylose cao thì cũng có TDF cao. Kết quả xác định mức kháng tiêu hóa IDF của tinh bột tự nhiên cho thấy IDF cũng tăng lên khi tinh bột có amylose tăng. Điều này thể hiện cả sau khi nhiệt phân. Phản ứng nhiệt phân đã được thực hiện ở 170oC trong 120 phút với pH tinh bột được điều chỉnh pH 3.0 bằng dung dịch HCl 0,5%.
Mức kháng tiêu hóa của tinh bột tự nhiên cao hơn nhiều so với hàm lượng chất xơ, nằm trong khoảng 10,03% - 18,76%, thấp nhất ở STN-02, cao nhất ở tinh bột gạo Gia Lộc 601. Sau khi xử lý nhiệt phân, mức kháng tiêu hóa IDF tăng mạnh, đạt 56,53 - 62,82% vẫn là ở 2 giống lúa vừa nêu. Không có sự khác biệt về mức kháng tiêu hóa giữa Gia Lộc 601 và 13/2 là hai giống có amylose cao nhất (62,82% và 63,32%), giữa hai giống IR50404 và OM576 (60,15% và 58,36%), và giữa hai giống còn lại OM9584 và STN-02 (57,57% và 56,53%).
Sau thời gian nghiên cứu, đề tài đã thu được những kết quả như sau:
1. Đề tài đã lựa chọn được giống lúa IR 50404 để làm nguyên liệu cho chế biến tinh bột gạo thành maltodextrin kháng tiêu hóa (RMD). Để được lựa chọn, tinh bột của những giống lúa gạo cần sở hữu hàm lượng amylose và tinh bột kháng nội sinh cao. Quy trình kỹ thuật phân lập và tinh chế tinh bột từ gạo đã được hoàn thiện ở quy mô nhỏ và thử nghiệm pilot, và đã sản xuất được đủ số lượng và chất lượng cần cho nghiên cứu và chế biến của đề tài.
2. Đề tài đã thiết lập được quy trình xử lý nhiệt phân tiêu chuẩn làm nền tảng để khảo sát một loạt yếu tố ảnh hưởng tới hiệu quả hình thành chất kháng tiêu hóa (IDF) trong sản phẩm nhiệt phân pyrodextrin. Các thông số quy trình nhiệt phân bao gồm: 1) Tinh bột gạo nguyên liệu có protein < 1%; 2) Axit HCl làm chất xúc tác nhiệt phân; 3) Điều chỉnh pH tinh bột trong khoảng 2,3 - 2,5; 4) Sấy tinh bột để đạt độ ẩm 3 - 4%; 5) Nhiệt độ nhiệt phân 160 - 170oC; 6) Thời gian nhiệt phân 90 - 120 phút tới khi độ trắng tinh bột giảm tới 65%. Những điểm nổi bật của quy trình này là: 1) Khi điều chỉnh pH 2,3 - 2,5 sẽ tạo được IDF cao, trong khi loại bỏ được ảnh hưởng của pH nguyên liệu từ nguồn cung khác nhau; 2) Lấy độ trắng 65% để dừng phản ứng nhiệt phân sẽ mang lại lợi ích về IDF, về hiệu quả tẩy màu, và dễ được kiểm soát chất lượng so với dựa vào thời gian nhiệt phân.
3. Xử lý bức xạ gamma (5-50 kGy) đã làm tăng đáng kể hàm lượng chất kháng tiêu hóa IDF của tinh bột gạo. Các biến đổi khác của tinh bột do chiếu xạ như độ lệch màu (Delta E), khả năng hòa tan trong nước, hàm lượng amylose, pH và các thông số RVA là hoàn toàn phù hợp và là bằng chứng của việc gia tăng IDF. Kết hợp xử lý chiếu xạ gamma với nhiệt phân (theo thứ tự này) đã làm tăng IDF lên rất nhiều so với tổng IDF của hai tác động vật lý này. Hiệu ứng cộng hưởng (synergistic) không những xảy ra đối với IDF mà cả độ hòa tan nước. Những hiệu ứng này chứng tỏ chiếu xạ đã thúc đẩy hiệu quả quá trình nhiệt phân như một tác nhân xúc tác trong các phản ứng nhiệt phân. Kết hợp chiếu xạ với nhiệt phân theo thứ tự ngược lại (nhiệt phân trước, chiếu xạ sau) cho hiệu ứng tăng mức kháng IDF ở mức độ cao hơn đáng kể so với thứ tự xử lý "thuận". Chiếu xạ sản phẩm pyrodextrin này còn có tác dụng khử màu. Quy trình chiếu xạ "ngược" này là một kết quả khoa học mới, sáng tạo và có ý nghĩa công nghiệp nên đã đăng ký sáng chế và đã được Cục SHTT Việt Nam cấp chứng nhận đơn.
4. Hiệu ứng suất liều chiếu xạ thể hiện rất rõ ràng và đáng kể ở liều 10 kGy và suất liều 1 - 3 kGy/h khi chiếu xạ tinh bột gạo, nhưng khi thực hiện quá trình nhiệt phân có xúc tác axit thì hiệu ứng suất liều không còn phát hiện được. Vì vậy, với mục đích chiếu xạ để nhiệt phân sản xuất maltodexxtrin kháng tiêu hóa không cần quan tâm tới suất liều trong phạm vi 1 - 3 kGy/h. Đã thiết lập được các thông số chiếu xạ tinh bột theo quy trình chiếu xạ thường quy của Trung tâm Chiếu xạ Hà Nội, quy mô tối đa tới 2500 kg/mẻ, đảm bảo hệ số đồng đều 1,22 ở liều hấp thụ 10 kGy và suất liều < 1 kGy/h.
5. Đề tài đã thiết lập được quy trình công nghệ dịch hóa - đường hóa và sơ chế - lọc. Các thông số của quá trình này gồm có: 1) Hòa tan bột pyrodextrin trong nước khử ion 60 - 70oC; 2) Dịch hóa: Nồng độ cơ chất pyrodextrin 30 - 40%, pH 5,8 - 6,0, nhiệt độ 95 - 100oC, enzym αamylase chịu nhiệt (Termamyl SC, hoạt độ 2860 IU/mL, tỷ lệ 0,4%), thời gian: 60 phút; 3); Đường -32- hóa pyrodextrin: Nồng độ cơ chất 30 - 40% chất khô; enzym: amyloglucosidase (Novozyme), hoạt độ 518 U/mL, tỷ lệ 0,2%, thời gian đường hóa: 240 phút; 4) Sơ chế: Tỷ lệ than hoạt tính dạng bột: 2%, nhiệt độ khử màu: 90 - 95oC, thời gian khử màu: 10 - 15 phút, số lần khử và lọc: 2 lần liên tục, mỗi lần 2% than hoạt tính.
Có thể tìm đọc toàn văn báo cáo kết quả nghiên cứu (mã số 19747/2021) tại Cục Thông tin khoa học và công nghệ quốc gia.
