PGS. TS Phạm Văn Hùng (Khoa Công nghệ sinh học, trường đại học Quốc tế, ĐHQGHN)

Đây là lý do để chúng tôi thực hiện đề tài “Nghiên cứu cơ chế hình thành dạng tinh bột không bị thủy phân ứng dụng trong phòng chống các bệnh tiểu đường và béo phì” (giai đoạn 2013-2015, Quỹ Nafosted tài trợ). Một trong những sản phẩm từ đề tài là công trình “Khả năng tiêu hóa in vitro và sinh đường invivo của các loại tinh bột gạo có hàm lượng amylose khác nhau và tinh bột gạo biến đổi bằng phương pháp vật lý” (In vitro digestibility and in vivo glucose response of native and physically modified rice starches varying amylose contents) trên Food Chemistry, tạp chí có chỉ số ảnh hưởng IF = 4,498 và xếp hạng 9 của nhóm Q1 theo SCImago.

Bí ẩn trong tinh bột

Hiện nay các bệnh mãn tính như béo phì, tiểu đường, tim mạch, đột qụy, ung thư đang ngày càng phát triển cả ở Việt Nam và trên thế giới. Theo báo cáo của tổ chức Y tế thế giới (WHO) năm 2016, tổng số người mắc bệnh tiểu đường trên toàn cầu ước tính tăng từ 4,7% (108 triệu người) vào năm 1980 lên khoảng 8,5% (422 triệu) người trưởng thành vào năm 2014 (WHO, 2016). Ở Việt Nam, tỷ lệ mắc bệnh thừa cân, béo phì và tiểu đường tăng lên đáng kể trong thời gian gần đây với tốc độ cao nhất thế giới, nhất là ở lứa tuổi học sinh. Theo báo cáo của Bộ Y tế thì tỷ lệ đái tháo đường toàn quốc là 4,1% và tiền đái tháo đường là 3,6% (Bộ Y tế, 2017). Theo công bố của Bùi Thị Nhung và cộng sự khi nghiên cứu về bệnh béo phì trên 13 trường tiểu học nội thành Hà Nội năm 2011 cho kết quả tỷ lệ béo phì ở trẻ nam là 25,6% và 8,4% ở trẻ nữ. Nguyên nhân chính của việc mắc bệnh tiểu đường và béo phì là do cơ thể người bị rối loạn chuyển hóa carbohydrate khi hooc môn insulin của tụy bị thiếu hụt và giảm tác động trong cơ thể, biểu hiện bằng mức đường trong máu luôn cao (WHO, 2016). Đối với người mắc bệnh béo phì và tiểu đường thì ngoài việc uống thuốc hỗ trợ cần phải có chế độ ăn hạn chế carbohydrate. Do đó vấn đề nghiên cứu phát triển các sản phẩm thực phẩm sinh đường thấp nhằm phòng chống các bệnh béo phì và tiểu đường là rất quan trọng và cần thiết.

Dựa vào mức độ thủy phân, các nhà nghiên cứu chia tinh bột trong thực phẩm thành 3 dạng: tinh bột tiêu hóa nhanh (RDS), tinh bột tiêu hóa chậm (SDS) và tinh bột kháng tiêu hóa (RS). Các nghiên cứu cho thấy, tinh bột kháng tiêu hóa đóng vai trò như một loại chất xơ chức năng có lợi cho sức khỏe con người như: Ngăn ngừa được các bệnh đường ruột như ung thư đại tràng, giảm tỷ lệ mắc bệnh ung thư ruột kết, xơ vữa động mạch và những biến chứng liên quan đến béo phì ở người; Giảm đường huyết; Có chức năng prebiotic; Giảm cholesterol; Ức chế tích lũy chất béo; Tăng hấp thu khoáng. Theo khuyến cáo WHO, lượng tinh bột kháng tiêu hóa (RS) cần cho cơ thể là 27-40 g/ngày.

Việc nghiên cứu về tinh bột không đơn giản. Vì sao vậy? Về bản chất, tinh bột là polysaccharides được thực vật trong tự nhiên tổng hợp và tích lũy như các loại ngũ cốc, các loại củ và đậu đỗ. Nó cũng là thành phần quan trọng bậc nhất trong chế độ dinh dưỡng nhằm cung cấp năng lượng cho con người và là thành phần chính trong các sản phẩm thực phẩm. Các nhà nghiên cứu từ lâu đã biết, thành phần chính của tinh bột gồm các glucose polymers - amylose và amylopectin với tỷ lệ phần trăm trung bình khoảng 25:75 đối với đa số các loại tinh bột ngũ cốc và tinh bột các loại củ, tuy nhiên do cấu trúc khác nhau mà tinh bột sẽ bị thủy phân bởi các enzyme amylase với các mức độ khác nhau. Do đó cái khó trong nghiên cứu về tinh bột là cấu tạo bên trong của hạt tinh bột khá phức tạp với nhiều lớp, trong mỗi lớp đều có chứa các phân tử amylose và amylopectin sắp xếp theo mức độ kết tinh khác nhau.

Tuy nhiên chúng tôi nhận thấy rằng, việc nghiên cứu về cấu trúc và khả năng tiêu hóa của tinh bột ở Việt Nam là rất cần thiết bởi Việt Nam là một nước nông nghiệp với các sản phẩm chủ đạo như là lúa gạo và các loại củ giàu tinh bột. Việc tìm ra cơ chế sinh đường của các loại tinh bột gạo không chỉ giúp phòng tránh nguy cơ rủi ro về sức khỏe cho người dân mà còn giúp tăng cường giá trị của các sản phẩm từ lúa gạo như phát triển các thực phẩm có khả năng sinh đường thấp trong tương lai.  

Tìm cơ chế sinh đường trong tinh bột gạo

Khi thực hiện công trình, chúng tôi đã lựa chọn 5 loại gạo phổ biến và thường được mọi người sử dụng như gạo Hàm Trâu (OM 576) và gạo 504 (IR50404) trồng tại Cần Thơ - loại gạo hạt ngắn và cơm không dẻo, gạo 64 (IR64) và gạo Hương Lài (Jasmine 85) trồng tại Long An - loại gạo hạt dài và cơm dẻo; gạo “nếp cái hoa vàng” trồng tại Hải Dương – loại gạo nếp, và đem đi xác định khả năng sinh đường và chỉ số đường huyết của các loại gạo này nhằm tìm hiểu cơ chế kháng tiêu hóa của các loại tinh bột gạo dựa vào cấu trúc của chúng.

Những kết quả thu được khiến chúng tôi bất ngờ: 5 loại gạo này không chỉ khác nhau về hàm lượng amylose (gạo Hàm Trâu có chứa 30,6% amylose, gạo 64 có chứa 26,7% amylose, gạo 504 có chứa 24,3% amylose, gạo Hương Lài có chứa 21,7% amylose, gạo Nếp Cái Hoa Vàng có chứa 4,7% amylose) mà còn khác nhau về mức độ kết tinh, tính chất hóa lý. Sự khác biệt giữa các loại tinh bột gạo còn thể hiện ở mức độ hết sức tinh tế là loại tinh bột gạo có hàm lượng amylose cao có hàm lượng tinh bột tiêu hóa nhanh cao hơn so với loại tinh bột gạo có hàm lượng amylose thấp, do đó các loại gạo có hàm lượng amylose cao sau khi nấu sẽ dễ dàng bị thủy phân bởi các enzyme amylase và sinh ra lượng đường lớn hơn so với các loại gạo có hàm lượng amylose thấp.

Càng đi sâu vào phân tích các tính chất của gạo, chúng tôi càng thu được nhiều thông tin quý báu còn ẩn chứa trong những hạt gạo tưởng chừng quá đỗi quen thuộc, ví dụ gạo Hương lài và Nếp cái hoa vàng có chứa hàm lượng tinh bột kháng tiêu hóa (RS) cao hơn rất nhiều so với các loại còn lại; tinh bột gạo nếp cái hoa vàng có chỉ số đường huyết (Glycaemic index, GI) thấp nhất do tinh bột gạo nếp có hàm lượng amylopectin cao, khối lượng phân tử lớn và độ kết tinh cao nên khi bị hồ hóa chúng vẫn giữ được cấu trúc kết tinh và kháng lại sự thủy phân của enzyme amylase. Các loại tinh bột gạo còn lại đều có chỉ số GI ≥ 70 và được xếp vào loại thực phẩm có chỉ số GI cao. Các kết quả này có ý nghĩa quan trọng trong việc tìm ra mối liên hệ giữa hàm lượng amylose và cấu trúc phân tử của tinh bột đến tính chất lý-hóa của chúng và cơ chế kháng lại sự thủy phân của các enzyme có trong hệ tiêu hóa của con người. Đây là tiền đề để sản xuất loại tinh bột kháng thủy phân (RS).

Việc tìm ra cơ chế sinh đường của các loại tinh bột gạo không chỉ giúp phòng tránh nguy cơ rủi ro về sức khỏe cho người dân mà còn giúp tăng cường giá trị của các sản phẩm từ lúa gạo như phát triển các thực phẩm có khả năng sinh đường thấp trong tương lai.

Hướng đến mục tiêu này, chúng tôi cũng đã đi sâu vào nghiên cứu sự thay đổi cấu trúc và mức độ kháng tiêu hóa của các loại tinh bột gạo sử dụng các phương pháp biến đổi vật lý bằng nhiệt và ẩm, đây là các phương pháp phổ biến để giảm chỉ số GI – cơ sở để sản xuất các loại tinh bột kháng tiêu hóa cao. Kết quả cho thấy, GI của các loại tinh bột gạo sau khi biến đổi đã giảm đáng kể xuống ở mức trung bình và thấp. Đây là tiền đề cho các nghiên cứu ứng dụng trong sản xuất các sản phẩm thực phẩm sinh đường thấp dùng phòng chống các bệnh mãn tính của con người và dùng trực tiếp cho các bệnh nhân tiểu đường và béo phì.

Tuy là công trình nghiên cứu cơ bản nhưng chúng tôi đặt nhiều hy vọng vào khả năng mở rộng hơn nữa nghiên cứu này theo những hướng tiềm năng trong tương lai. Đó là cung cấp các thông tin cho  các nhà Công nghệ Sinh học và khoa học nông nghiệp nghiên cứu về chọn tạo giống lúa để tạo ra các loại gạo có cấu trúc tinh bột đặc biệt có khả năng kháng lại sự thủy phân của enzyme amylase nhằm làm giảm chỉ số đường huyết của loại lương thực này trên cơ sở thông tin về mối quan hệ giữa cấu trúc của hạt tinh bột và khả năng kháng tiêu hóa; là tiền đề cho các nhà nghiên cứu hợp chất thiên nhiên có thể tạo ra các loại sản phẩm có khả năng kháng tiêu hóa thông qua các phản ứng hữu cơ như tạo tinh bột liên kết với các chất có hoạt tính sinh học như curcumin, polyphenols,…; và là tiền đề cho các nhà khoa học và nhà sản xuất thực phẩm ứng dụng sản xuất các loại tinh bột có hàm lượng tinh bột kháng tiêu hóa cao và khả năng sinh đường thấp để phát triển các sản phẩm thực phẩm cho các bệnh nhân tiểu đường và béo phì.

Nếu việc triển khai những hướng nghiên cứu này sẽ cần có thời gian, sự đầu tư công sức và cả sự hợp tác chặt chẽ của nhà khoa học và nhà sản xuất thì một việc trước tiên mà chúng tôi nghĩ rằng có thể áp dụng được ngay, đó là cung cấp thông tin về chỉ số đường huyết của các loại gạo phổ biến ở Việt Nam nhằm khuyến cáo người dân lựa chọn khẩu phần ăn cân bằng và phù hợp trong chế độ ăn uống hằng ngày của mình nhằm phòng chống các bệnh béo phì và tiểu đường, đặc biệt là các bệnh nhân béo phì và tiểu đường cũng như giúp các nhà dinh dưỡng tối ưu hóa khẩu phần ăn khi sử dụng loại gạo thích hợp.

Với công trình “In vitro digestibility and in vivo glucose response of native and physically modified rice starches varying amylose contents”, PGS. TS Phạm Văn Hùng trở thành một trong ba nhà khoa học đoạt giải Tạ Quang Bửu 2018. Anh là nhà khoa học đầu tiên trong lĩnh vực sinh học nông nghiệp nhận được vinh dự này. Hiện PGS. TS Phạm Văn Hùng có hơn 40 công bố trên tạp chí quốc tế thuộc danh mục ISI với gần 2. 000 lượt trích dẫn, chủ yếu trong lĩnh vực hóa sinh ứng dụng, dinh dưỡng thực phẩm và công nghệ thực phẩm.
 

Theo Tia sáng