(Luận án tiến sĩ) khảo sát mười giống lúa (oryza sativa l ) đặc sản dùng làm nguyên liệu chế biến bánh mì không gluten

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC CẦN THƠ LÊ THỊ KIM LOAN MSNCS: P0915011 KHẢO SÁT MƯỜI GIỐNG LÚA ĐẶC SẢN (Oryza sativa L.) DÙNG LÀM NGUYÊN LIỆ U CHẾ BIẾN BÁNH MÌ KHƠNG GLUTEN NGÀNH CƠNG NGHỆ SINH HỌC Mã ngành: 62 42 02 01 NGƯỜI HƯỚNG DẪN GS TS NGUYỄN MINH THỦY 2022 Báo cáo luận án tiến sĩ Trường Đại học Cần Thơ LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan luận án cơng trình nghiên cứu khoa học thực thân hướng dẫn người hướng dẫn Các thông tin sử dụng tham khảo đề tài luận án thu thập từ nguồn đáng tin cậy, kiểm chứng, công bố rộng rãi tơi trích dẫn nguồn gốc rõ ràng phần Danh mục Tài liệu tham khảo Các kết nghiên cứu trình bày luận án tơi kết hợp với nhóm nghiên cứu thực cách nghiêm túc, trung thực không trùng lắp với đề tài khác công bố trước Tôi xin lấy danh dự uy tín thân để đảm bảo cho lời cam đoan Cần Thơ, ngày 17 tháng năm 2022 Cán hướng dẫn Nghiên cứu sinh GS TS Nguyễn Minh Thủy Ngành Công nghệ Sinh học Lê Thị Kim Loan vii Viện NC & PT Công nghệ Sinh học Báo cáo luận án tiến sĩ Trường Đại học Cần Thơ MỤC LỤC LỜI CẢM ƠN TÓM TẮT ABSTRACT LỜI CAM ĐOAN MỤC LỤC DANH SÁCH BẢNG DANH SÁCH HÌNH DANH SÁCH TỪ VIẾT TẮT Chương 1: GIỚI THIỆU 1.1 Đặt vấn đề 1.2 Mục tiêu nghiên cứu 1.3 Đối tượng phạm vi nghiên cứu 1.4 Nội dung nghiên cứu 1.5 Ý nghĩa luận án 1.5.1 Ý nghĩa khoa học 1.5.2 Ý nghĩa thực tế 1.6 Những điểm luận án Chương 2: TỔNG QUAN TÀI LIỆU 2.1 Tổng quan lúa 2.1.1 Giới thiệu chung 2.1.2 Đặc điểm giống lúa nghiên cứu 2.1.3 Giá trị dinh dưỡng hạt gạo 2.2 Các tiêu suất chất lượng 2.2.1 Các tiêu suất 2.2.2 Các tiêu chất lượng 2.3 Dấu thị 2.3.1 Chỉ thị hình thái 2.3.2 Chỉ thị phân tử 2.4 Bánh mì khơng gluten 2.4.1 Ngành Công nghệ Sinh học Bệnh celiac viii Viện NC & PT Công nghệ Sinh học Báo cáo luận án tiến sĩ Trường Đại học Cần Thơ 2.4.2 Gluten 21 2.4.3 Các thành phần sử dụng để cải thiện chất lượng bánh mì khơng gluten 22 2.5 Tình hình nghiên cứu ngồi nước 30 2.5.1 Một số cơng trình nghiên cứu chọn giống lúa dựa vào hàm lượng amylose anthocyanin 30 2.5.2 Kết cơng trình nghiên cứu bánh mì khơng gluten 32 2.6 Trích ly protein anthocyanin cám gạo 36 2.6.1 Protein cám gạo 36 2.6.2 Anthocyanin 37 2.7 Tối ưu hóa phương pháp bề mặt đáp ứng (RSM) 40 Chương 3: PHƯƠNG TIỆN VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 42 3.1 Phương tiện nghiên cứu 42 3.1.1 Thời gian địa điểm 42 3.1.2 Nguyên vật liệu 42 3.1.3 Thiết bị dụng cụ 43 3.1.4 Hóa chất, enzyme 43 3.2 Phương pháp nghiên cứu 44 3.2.1 Phương pháp phân tích đo đạc tiêu 44 3.2.2 Phương pháp xử lý kết 46 3.3 Nội dung nghiên cứu 47 3.3.1 Nội dung nghiên cứu 47 3.3.2 Bố trí thí nghiệm 47 Chương 4: KẾT QUẢ THẢO LUẬN 67 4.1 Chọn giống lúa có hàm lượng anthocyanin, protein cao amylose thấp 67 4.1.1 Sử dụng dấu phân tử kết hợp với phương pháp hóa học để xác định giống lúa có hàm lượng amylose thấp, protein anthocyanin cao từ 10 giống lúa nghiên cứu 67 4.1.2 Xác định số diệp lục tố thời gian sinh trưởng, suất, chất lượng 10 giống lúa nghiên cứu trồng nhà lưới 72 Chỉ số diệp lục (SPAD) 73 4.1.3 Trồng khảo nghiệm giống lúa có hàm lượng amylose thấp, protein anthocyanin cao đồng 80 Ngành Công nghệ Sinh học ix Viện NC & PT Công nghệ Sinh học Báo cáo luận án tiến sĩ Trường Đại học Cần Thơ 4.1.4 Khảo sát biến đổi hợp chất anthocyanin, protein, amylose số tính chất vật lý hạt 12 tháng bảo quản 82 4.2 Xây dựng quy trình sản xuất bánh mì khơng gluten 90 4.2.1 Tối ưu hóa q trình kết hợp bột gạo, bột bắp, bột đậu nành tinh bột khoai tây để nâng cao chất lượng bánh mì 90 4.2.2 Tối ưu hóa khả kết hợp HPMC, nước, nấm men, maltodextrin thời gian lên men để nâng cao chất lượng bánh mì 100 4.2.3 Đánh giá chất lượng bánh mì khơng gluten 109 4.3 Áp dụng công nghệ sinh học (sử dụng enzyme, vi khuẩn lactic, gạo mầm, chiết xuất hợp chất sinh học có cám gạo) vào quy trình sản xuất bánh mì không gluten nhằm nâng cao chất lượng giá trị sinh học bánh 110 4.3.1 Sử dụng loại lượng enzyme thích hợp để nâng cao chất lượng bánh mì khơng gluten 110 4.3.2 Chiết xuất hợp chất có hoạt tính sinh học cao có cám gạo (protein, anthocyanin) bổ sung vào quy trình sản xuất bánh mì nhằm gia tăng giá trị sinh học sản phẩm 122 4.3.3 Nâng cao giá trị dinh dưỡng hàm lượng chất có hoạt tính sinh học bánh mì khơng gluten từ nguồn nguyên liệu gạo mầm 137 4.3.4 Sử dụng vi khuẩn lacticđể nâng cao cấu trúc giá trị cảm quan sản phẩm bánh mì không gluten 167 4.3.5 So sánh chất lượng sản phẩm tối ưu quy trình sản xuất bánh mì khơng gluten có sử dụng protein, anthocyanin chiết xuất từ cám gạo cẩm; enzyme β-amylase, protease, TGase; gạo mầm; vi khuẩn lactic 169 4.3.6 Đánh giá chất lượng khảo sát chấp nhận người tiêu dùng sản phẩm bánh mì khơng gluten 172 4.3.7 Sử dụng bột khoai tây kết hợp với bột gai sấy thăng hoa để cải thiện chất lượng bánh mì khơng gluten 175 Chương 5: KẾT LUẬN VÀ ĐỀ XUẤT 184 5.1 Kết luận 184 5.2 Đề xuất 185 TÀI LIỆU THAM KHẢO 186 DANH MỤC CƠNG TRÌNH 222 PHỤ LỤC A: HÌNH ẢNH 224 PHỤ LỤC B: PHƯƠNG PHÁP XÁC ĐỊNH THÀNH PHẦN HÓA HỌC 230 PHỤ LỤC C: XÁC ĐỊNH CÁC THÔNG SỐ VẬT LÝ 238 Ngành Công nghệ Sinh học x Viện NC & PT Công nghệ Sinh học Báo cáo luận án tiến sĩ PHỤ LỤC D: XÁC ĐỊNH CHỈ TIÊU VI SINH VẬT PHỤ LỤC E: CÁC CHỈ TIÊU THEO DÕI KHI ĐÁNH GIÁ LÚA TRONG NHÀ LƯỚI VÀ NGOÀI ĐỒNG PHỤ LỤC F: CÁC CÔNG VIỆC CHUẨN BỊ PHỤ LỤC G: BẢNG MÔ TẢ SẢN PHẨM THEO TCVN 3215:79 PHỤ LỤC H: PHÂN TÍCH THỐNG KÊ PHỤ LỤC I: BẢNG SỐ LIỆU CÁC YẾU TỐ VỀ NHIỆT ĐỘ, ÁNH SÁNG VÀ ĐỘ ẨM TRONG TRẠI THỰC NGHIỆM PHỤ LỤC J: KẾT QUẢ PHÂN TÍCH KIỂM TRA MẪU GẠO MẦM VÀ BÁNH MÌ Ngành Cơng nghệ Sinh học xi Viện NC & PT Công nghệ Sinh học Báo cáo luận án tiến sĩ Trường Đại học Cần Thơ Chương 1: GIỚI THIỆU 1.1 Đặt vấn đề Lúa lương thực quan trọng, nguồn thực phẩm chủ yếu cho hai phần ba dân số giới Ngày nay, với phát triển kinh tế, xã hội nhu cầu thị hiếu người thay đổi Gạo khơng để ăn no mà cịn phải có giá trị dinh dưỡng cao Chất lượng hạt gạo yếu tố quan trọng có ảnh hưởng lớn đến giá trị thương phẩm chấp nhận người tiêu dùng (Demont et al., 2012) Hàm lượng amylose xem tiêu chí quan trọng ảnh hưởng đến chất lượng gạo trình chế biến (Juliano, 1971) Hàm lượng diện có ảnh hưởng đến độ dẻo, kết dính, màu sắc độ bóng hạt nấu chín (Cruz and Khush, 2000) Đồng thời thành phần yếu tố định đến giá trị hạt gạo thị trường (Larkin et al., 2003) thông số quan trọng để phân loại chất lượng giống lúa (Juliano, 1985) Ngoài amylose, protein thành phần hóa học ảnh hưởng đến giá trị dinh dưỡng hạt gạo Hàm lượng protein hạt gạo cao giá trị dinh dưỡng nhiều Mặc dù, hàm lượng protein gạo phổ biến chiếm khoảng từ - 8%, lại nguồn cung cấp protein cho người, đặc biệt người dân nước châu Á, có Việt Nam (Jennings et al., 1979) Cải tiến giống lúa có hàm lượng protein cao năm gần quan tâm (Nguyễn Ngọc Đệ, 2008) Bên cạnh giá trị dinh dưỡng chất lượng tính dược liệu nguyên liệu sản phẩm thực phẩm người quan tâm Trong gạo đen, vỏ có chứa hàm lượng anthocyanin cao (Saito et al., 2004) Anthocyanin thuộc nhóm flavonoid nên có khả chống oxy hóa, chống lại tia UV, mầm bệnh côn trùng (Zhang et al., 2013) Các thử nghiệm động vật cho thấy hợp chất chống oxy hóa giúp bảo vệ động mạch ngăn ngừa phá hủy DNA hạn chế phát triển tế bào ung thư Ngoài ra, anthocyanin sử dụng làm chất màu tự nhiên thực phẩm Dấu phân tử cung cấp hội cho việc nhận dạng vùng gen cụ thể để giúp phát triển chương trình nhân giống thích hợp (Palanga et al., 2016) Sử dụng dấu phân tử cho phép ứng dụng rộng rãi DNAvào chọn giống với độ xác cao khách quan Trong số dấu phân tử, SSR chứng minh đặc biệt có giá trị sử dụng tốt lúa gen lúa có trình tự lặp cao, locus đặc hiệu, dễ sử dụng hàm lượng thông tin nhiều Ngành Công nghệ Sinh học Viện NC & PT Công nghệ Sinh học Báo cáo luận án tiến sĩ Trường Đại học Cần Thơ (Rathi and Sarma, 2012) Ngồi ra, cịn có dấu phân tử đặc trưng khác nghiên cứu phù hợp cho cho cặp tính trạng CAPS, Indel (Lim et al., 2013) Sử dụng dấu phân tử kết hợp với phương pháp hóa học để tuyển chọn giống lúa có hàm lượng amylose thấp anthocyanin, protein cao công việc quan trọng cần thực để tìm nguồn nguyên liệu tốt để tạo sản phẩm thực phẩm có chất lượng cao Bánh mì sản phẩm thực phẩm sử dụng phổ biến quốc gia khác nhau, có Việt Nam Tuy nhiên, số người không hấp thu lượng gluten bột mì,nếu sử dụng gluten dẫn đến tổn thương ruột gây bệnh celiac (Arentz-Hansen et al., 2004; Ludvigsson et al., 2014) Các bệnh nhân bị bệnh celiac thường hấp thu protein chất xơ thấp (Thompson, 2000) Do đó, nghiên cứu sản xuất bánh mì khơng gluten tăng cường giá trị dinh dưỡng sản phẩm chủ đề thu hút ý toàn giới Trong loại bột, bột gạo loại ngũ cốc không gluten có nhiều ưu điểm để lựa chọn thay bột mì bột gạo có hương thơm nhẹ, hàm lượng natri thấp, carbohydrate dễ tiêu hóa khơng gây dị ứng Tuy nhiên, bột gạo khơng thể hình thành mạng lưới có tính chất tương tự gluten Ngun nhân gạo protein dự trữ chủ yếu glutelin (65-85%), prolamin chiếm phần nhỏ nên khơng hình thành gluten (Gujral and Rosell, 2004a) Tùy theo loại gạo mà chất lượng bánh mì tạo thành khác Aoki et al (2010) cho gạo có hàm lượng amylose cao (26%) nhiệt độ hồ hóa cao làm cho bánh mì cứng gấp 1,3 - 1,4 lần Ngược lại bột gạo có hàm lượng amylose nhiệt độ hồ hóa thấp cho bánh mì có chất lượng thể tích tốt Bánh mì khơng gluten có hàm lượng vitamin, sắt, protein chất xơ nhu cầu sản xuất bánh mì khơng gluten chất lượng cao ngày tăng Sử dụng vi khuẩn lactic gợi ý giải pháp tốt để sản xuất bánh mì khơng gluten đạt chất lượng tốt (Moroni et al., 2009) Bột gạo nảy mầm sử dụng làm thực phẩm chức sản xuất bánh mì chứa hàm lượng hợp chất có hoạt tính sinh học flavonoid, phenolic, đặc biệt GABA (Charoenthaikij et al., 2010a, b) Để cải thiện chất lượng bánh mì khơng gluten, bổ sung enzyme vào bột nhào giúp rút ngắn thời gian lên men, tăng chất cho trình lên men cần thiết Enzyme thường bổ sung để thay đổi trạng thái bột nhào, tăng khả giữ khí, cải thiện cấu trúc làm giảm hình thành acrylamide sản phẩm bánh mì (Dangeet al., 2018) Ngành Công nghệ Sinh học Viện NC & PT Công nghệ Sinh học Báo cáo luận án tiến sĩ Trường Đại học Cần Thơ Bột gạo mầm sử dụng làm thực phẩm chức sản xuất bánh mì chứa hợp chất có hoạt tính sinh học cao chất chống oxy hoá (Cáceres et al., 2014) Trong trình nảy mầm tạo lượng lớn α-amylase có tác dụng thay đổi đặc tính lý, hóa học bột nhão, cải thiện cấu trúc ruột bánh, tăng lượng khí q trình lên men làm chậm q trình đóng bánh (Charoenthaikij et al., 2010b; Watanabe et al., 2004) Một phương pháp cải tiến chất lượng bành mì khơng gluten sử dụng bột nhào chua để tạo sản phẩm thực phẩm chức Chức chủ yếu vi khuẩn lactic tạo (Moroni et al., 2009) Ngoài ra, chiết xuất protein, anthocyanin cám gạo cẩm bổ sung vào thành phần nhập liệu nhằmcải thiện chất lượng bánh mì khơng gluten Chọn giống lúa có tính trạng phù hợp, chất lượng cao dựa vào dấu phân tửkết hợp với phương pháp hóa học, sinh học để ứng dụng sản xuất bánh mì khơng gluten vấn đề cần thực nhằm tạo sản phẩm quen thuộc,giàu giá trị dinh dưỡng cho đối tượng, đặc biệt người bị bệnh celiac 1.2 Mục tiêu nghiên cứu Mục tiêu chung: Chọn giống lúa có hàm lượng anthocyanin, protein cao (>8%) amylose thấp (8%), amylose thích hợp (