TÊN ĐỀ TÀI: Khảo sát các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình nảy mầm của gạo lứt nhằm hoàn thiện quy trình sản xuất gạo nảy mầm.. - Khảo sát ảnh hưởng của quá trình phun ẩm kết hợp ngâm acid
TỔNG QUAN
Tình hình sản xuất và tiêu thụ lúa gạo trên thế giới và Việt Nam
Diện tích trồng lúa trên thế giới đã gia tăng rõ rệt từ năm 2003 đến 2013, chỉ trong vòng 10 năm, diện tích trồng lúa tăng thêm 20 triệu ha Đi cùng với việc tăng diện tích thì năng suất lúa cũng tăng mạnh: năm 2013 năng suất lúa sẽ đạt mức 746.7 triệu tấn, tăng 2.1% so với cùng kì năm 2012 (FAO, 2013) Như vậy, nhu cầu sử dụng gạo trên thế giới ngày càng tăng
Cuối năm 2012, Việt Nam vẫn là nước xuất khẩu gạo đứng thứ hai trên toàn thế giới Nhưng theo dự báo của các chuyên gia, vào năm 2013 xuất khẩu gạo của Việt Nam sẽ gặp nhiều khó khăn và chịu sự cạnh tranh ngày càng gay gắt (VFA, 2012) Vì vậy, nhất thiết phải chọn một giải pháp cho gạo Việt Nam nhằm đảm bảo lợi ích của người trồng lúa cũng như cho thương mại lúa gạo ổn định
Tính đến ngày 30/05/2013, theo số liệu của Cục Trồng trọt - Bộ Nông nghiệp và Phát Triển Nông Thôn, các tỉnh, thành phố vùng đồng bằng sông Cửu Long đã thu hoạch dứt điểm vụ Đông Xuân 2013, năng suất khoảng 6,8 tấn/ha, sản lượng đạt khoảng 10,5 triệu tấn lúa Giá lúa khô tại kho khu vực đồng bằng sông Cửu Long thường dao động từ 4.950 – 5.050 đồng/kg, lúa dài khoảng 5.200 – 5.300 đồng/kg
Giá gạo nguyên liệu loại 1 làm ra gạo 5% tấm hiện khoảng 6.550 – 6.650 đồng/kg tùy từng địa phương, gạo nguyên liệu làm ra gạo 25% tấm là 6.200 – 6.300 đồng/kg tùy chất lượng và địa phương Giá gạo thành phẩm 5% tấm không bao bì tại mạn hiện khoảng 7.500 – 7.600 đồng/kg, gạo 15% tấm 7.200 – 7.300 đồng/kg và gạo 25% tấm khoảng 6.950 – 7.050 đồng/kg tùy chất lượng và địa phương
So với giá của gạo nảy mầm hiện đang có mặt trên thị trường: 3 – 5 USD/kg thì giá gạo trắng vẫn còn thấp, nếu Việt Nam bắt đầu sản xuất gạo mầm cùng với lợi thế về nguồn nguyên liệu dồi dào thì lợi nhuận thu về từ xuất khẩu gạo sẽ còn tăng mạnh Đi kèm với đó là việc giải quyết vấn đề thiếu dinh dưỡng trong mỗi bữa ăn ở các nước đang phát triển vì trong gạo nảy mầm chứa rất nhiều chất dinh dưỡng như: amino acid, đường, GABA, vitamine nhóm B…
Cấu tạo hạt lúa
Lúa là một trong năm loại cây lương thực chính của thế giới, cùng với ngô (ZeaMays L.), lúa mì (Triticum sp tên khác: tiểu mạch), sắn (Manihot esculenta Crantz, tên khác khoai mì) và khoai tây (Solanum tuberosum L.)
Hình 2.1: Cây lúa Oryza sativa Hạt lúa được chia làm hai phần chính:
- Phần vỏ bao bên ngoài bao gồm: vỏ trấu, râu và mày thóc
- Phần hạt gạo bên trong bao gồm: lớp cám, nội nhũ và phôi
Nguồn: International Rice Research Institude
Hình 2.2: Cấu tạo của hạt lúa 2.2.1 Phần vỏ ngoài
Trấu là lớp vỏ ngoài cùng của hạt lúa và được tách ra trong quá trình xay xát có 2 mảnh: một mảnh to và một mảnh nhỏ ôm lấy nhau Vỏ trấu có màu khác nhau tuỳ theo từng loại giống lúa khác nhau
Trong vỏ trấu chứa khoảng 75% w/w chất hữu cơ dễ bay hơi sẽ cháy trong quá trình đốt và khoảng 25% w/w còn lại chuyển thành tro (Energy Efficiency Guide for Industry in Asia) Chất hữu cơ chứa trong vỏ trấu chủ yếu cellulose, lignin và hemicellulose (90% w/w), ngoài ra có thêm thành phần khác như hợp chất nitrogen và vô cơ Lignin chiếm khoảng 25-30% w/w và cellulose chiếm khoảng 35-
40% w/w Các chất hữu cơ của trấu là các mạch polycarbohydrat rất dài nên hầu hết các loài sinh vật không thể sử dụng trực tiếp được, nhưng các thành phần này lại rất dễ cháy nên có thể dùng làm chất đốt Sau khi đốt, tro trấu có chứa trên 80% w/w là silic oxit, đây là thành phần được sử dụng trong rất nhiều lĩnh vực
- Hạt lúa có thể có hoặc không có râu.- Đối với hạt có râu, mỏ hạt kéo dài ra thành râu, có cùng màu với vỏ hạt.- Mỏ hạt là một bộ phận của vỏ trấu.
Mày trấu: mỗi hạt trấu có hai mày trấu dính liền với cuống hạt mày trấu dài hay ngắn tuỳ theo giống
2.2.2 Phần hạt gạo bên trong
Gồm 3 phần: lớp cám, nội nhũ và phôi
Lớp cỏm cú độ dày từ 42 đến 48 àm, chiều dày vỏ cỏm khụng những chỉ phụ thuộc vào giống lúa mà còn phụ thuộc nhiều vào điều kiện canh tác Vỏ cám lúa nước (khoảng 30 àm), mỏng hơn vỏ cỏm hạt lỳa cạn (khoảng 40 àm) Cỏm chiếm từ 6 đến 8% khối lượng của hạt thóc
Các tài liệu cho thấy thành phần hóa học của cám gạo biến động lớn do sự khác biệt trong quá trình xay xát Thành phần điển hình bao gồm protein (9,8 - 15,4% w/w), chất xơ thô (5,7 - 12,9% w/w), chất béo (7,7 - 22,4% w/w), tro (7,1 - 20,6% w/w) Màu sắc của cám gạo phụ thuộc vào giống, từ trắng đục đến đỏ.
Nội nhũ được bao bọc bởi lớp vỏ cám, là phần dự trữ dinh dưỡng để nuôi phôi và khi nảy mầm thì cung cấp dinh dưỡng cho phôi phát triển thành cây lúa non
Phần nội nhũ có khối lượng lớn nhất trong hạt lúa, gồm các tế bào lớn chứa đầy các hạt tinh bột, protein, một ít cellulose, chất béo, tro và đường
Phôi ở phía cuối của hạt thóc, khi nảy mầm thì phôi phát triển thành mầm và rễ để bắt đầu một chu kì mới của cây lúa
Bảng 2.1: Thành phần hoá học trong hạt lúa
NguồnFiber Ingredients: Food Applications and Health Benefits
Bảng 2.2: Thành phần hoá học của gạo lứt Khao dok mali 105 (Moongngarm, 2012)
Các hợp chất Lớp cám Gạo lứt Phôi
Giống gạo Khao dok mali 105
Màu sắc Nâu nhạt Nâu nhạt Nâu nhạt
Hợp chất phenolic (mg/g) 1.64 ±0.11 1.57 ± 0.07 0.40 ± 0.04 Phytic acid (mg/g) 63.88 ±0.34 50.68 ± 0.86 37.92 ± 0.37 oryzanods (mg/g) 5.5 ±0.08 3.5 ± 0.03 1.75 ± 0.01 tocopherol (g/g) 32.77 ±0.75 46.12 ± 1.42 62.52 ± 2.02 tocopherol (mg/g) 46.63 ±1.52 40.94 ± 1.84 51.59 ± 1.66
Quá trình nảy mầm
Quá trình nảy mầm của hạt ngũ cốc xảy ra khi hạt đạt được một độ ẩm thích hợp Chính lượng ẩm này đã kích thích lớp aleuron tiết ra các enzyme thuỷ phân như amylase, protease, phytase và ribonuclease để thuỷ phân các chất dinh dưỡng dự trữ để tạo ra năng lượng và nguyên liệu; chuẩn bị cho các quá trình sinh tổng hợp khi hạt bước vào giai đoạn nảy mầm (Eugene, 1982)
Hạt lúa khi chín và đã sấy khô có hàm ẩm trung bình khoảng 10 – 13% w/w Ở điều kiện này, hạt có hoạt tính trao đổi chất thấp nhất, các enzyme gần như bị vô hoạt Tuy nhiên, khi tích lũy đủ lượng ẩm, hạt sẽ bắt đầu nảy mầm Trong giai đoạn đầu của quá trình hạt hút nước nhanh, các enzyme được hoạt hoá, tốc độ hô hấp tăng nhanh, bắt đầu sử dụng các chất dự trữ và xuất hiện rễ mầm Quá trình này gọi là sự nảy mầm (King, 1989; Swiff và O’Brien, 1972)
2.3.1 Các giai đoạn nảy mầm
Các hoạt động diễn ra trong suốt quá trình nảy mầm có thể chia ra làm ba giai đoạn: hút ẩm, pha lag và nảy mầm Giai đoạn đầu tiên là sự di chuyển của nước xuyên qua hạt, sự hấp thu diễn ra khá nhanh vì hạt đang khô Các mô có thể đạt đến 30% w/w ẩm từ một đến hai ngày Tiếp theo là pha lag, lúc đó hạt trương nở, trở nên nặng hơn và quá trình trao đổi chất cũng bắt đầu hoạt động Nếu như tất cả các điều kiện môi trường thích hợp thì hạt sẽ bước vào giai đoạn nảy mầm (Simon, 1984)
Trong suốt quá trình nảy mầm, phôi lấy các chất dinh dưỡng trong nội nhũ thông qua lớp biểu bì mô để phát triển Các enzyme khởi xướng quá trình nảy mầm sẽ được hoạt hoá bằng một lượng ẩm thích hợp Tinh bột ở những vùng lân cận phôi sẽ được thuỷ phân thành các đường đơn giản bởi các enzyme thuỷ phân tinh bột và đường được sử dụng để nuôi dưỡng phôi, đồng thời cung cấp năng lượng cho các quá trình trao đổi chất
Sự phân giải của các chất dự trữ (Vũ Văn Vụ, 1998):
(C 6 H 10 O 5 )n + nH 2 O nC 6 H 12 O 6 Đường glucose sẽ được: hô hấp và tổng hợp với asparagin thành protid mới
- Protein sẽ chia làm 2 phần: o Một phần giữ nguyên tạo thành hạt aleuron o Một phần bị phân huỷ bởi protease tạo amoniac và amino acid
- Lipid bị lipase phân huỷ tạo acid béo và glycerol glucid - Sử dụng S, P và một số khoáng để tổng hợp tế bào chất và nhân của tế bào mới
Trong suốt quá trình nảy mầm, vảy nhỏ có chức năng như là một cơ quan tiêu hoá và hấp thu để chuyển thức ăn từ nội nhũ đến phôi đang phát triển (MacMaster và cộng sự, 1971)
2.3.2 Những biến đổi xảy ra trong quá trình nảy mầm
Hạt mầm tiếp tục hô hấp để duy trì sự sống Quá trình hô hấp tăng mạnh hơn so với hạt khi chưa ngâm nước, nhu cầu oxy tăng lên, phần lớn lượng oxy được sử dụng để oxy hoá các chất dự trữ tạo ra năng lượng cần thiết cho hệ enzyme hoạt động Đồng thời, trong tế bào diễn ra sự tổng hợp các chất cần thiết cho mầm phát triển amylase maltase cellulase
Trong giai đoạn nảy mầm diễn ra quá trình hoạt động mạnh của các enzyme, quá trình thuỷ phân các chất cao phân tử phức tạp thành các chất đơn giản và quá trình sinh tổng hợp các hợp chất mới
2.3.2.1 Hoạt động của các hormone trong suốt quá trình nảy mầm
Quá trình nảy mầm của các hạt ngũ cốc được định nghĩa: là quá trình được khởi đầu bằng sự hấp thu nước và hoàn thành khi xuất hiện các rễ và chồi (Finchet, 1989)
Sau khi hấp thu nước, các hormone tiết ra từ phôi là nguyên nhân dẫn đến quá trình tổng hợp các enzyme thuỷ phân và các enzyme khác Acid gibberellic (GA), acid abscisic (ABA), auxin và cytokinin là các hormone sinh ra trong quá trình phát triển và nảy mầm của hạt Acid gibberellic được tạo ra ở phôi và khuếch tán vào trong lớp aleuron, kích thích sự tổng hợp và tiết ra các enzyme thuỷ phân
GA cũng được tiết thông qua vẩy nhỏ vào trong nội nhũ Acid abscisic đóng vai trò là chất điều hoà trong quá trình nảy mầm Cytokinin không tham gia vào giai đoạn đầu của quá trình nảy mầm, nhưng có lẽ chúng cần thiết cho sự phát triển của tế bào trong phôi Auxin ảnh hưởng đến vảy nhỏ (Hicran Koc, 2007)
Sự hoạt hoá các enzyme trong lớp aleuron được kích thích bởi GA GA được tổng hợp trong các thành phần của phôi và trong vảy nhỏ (Eugene, 1982) GA tiết ra từ phôi trong suốt giai đoạn đầu của quá trình nảy mầm và khuếch tán vào trong lớp aleuron, thúc đẩy sự huy động của các chất dinh dưỡng dự trữ, sự tổng hợp và tiết ra các enzyme thuỷ phân (Fincher, 1989) GA thúc đẩy sự phân chia các tế bào vì nó kích thích các tế bào ở trạng thái “nghỉ” trong quá trình phân bào bước vào giai đoạn tổng hợp GA cũng thúc đẩy quá trình sinh tổng hợp tinh bột và làm tăng độ dẻo của cho thành tế bào (Liu và Loy, 1976)
GA kích thích lớp aleuron tiết ra các enzyme thuỷ phân tinh bột, protein, phytate, RNA và một số vật chất trong thành tế bào Đồng thời GA còn hoạt hóa một số enzyme cần thiết cho quá trình tiêu hoá bao gồm β-amylase (đã có sẵn trong hạt), một vài dạng đồng phân α-amylase (được tổng hợp trong lớp aleuron), các ribonuclease, phytase và các protease khác nhau (một số này vừa mới được tổng hợp khi nảy mầm) (Salisbury và Ross, 1978)
Trong suốt quá trình phát triển của hạt, ABA tích luỹ trong phôi và nội nhũ, đóng vai trò quan trọng trong việc điều khiển sự chín của phôi và ngăn ngừa sự nảy mầm sớm của hạt đã trưởng thành nhưng vẫn chưa chín về hình thái (King, 1976)
Khi tế bào chuyển sang trạng thái vô hoạt, nồng độ axit abscisic tăng mạnh, gấp 10 lần so với giai đoạn sinh trưởng Giai đoạn vô hoạt kéo dài cho đến khi nồng độ axit abscisic giảm xuống mức tối thiểu Ngược lại, khi tế bào chuyển từ trạng thái vô hoạt sang trạng thái nảy mầm, tỷ lệ giữa axit abscisic và gibberellin trong tế bào có sự biến đổi đáng kể.
2.3.2.2 Hệ enzyme trong quá trình nảy mầm
Các enzyme là thành phần sinh hoá quan trọng nhất hình thành trong quá trình nảy mầm và ảnh hưởng đến chất lượng của hạt gạo mầm Các enzyme thuỷ phân tinh bột được xem là các enzyme chủ yếu tạo ra năng lượng cho cả quá trình, các enzyme thuỷ phân protein cũng rất quan trọng, tạo ra các vật liệu cho quá trình sinh tổng hợp Việc tổng hợp và tiết ra các enzyme xúc tác thuỷ phân các đại phân tử trong nội nhũ, điều khiển các hoạt động của tế bào diễn ra ở lớp aleuron (Fincher, 1989) Vảy nhỏ có vai trò trong quá trình sản xuất và tiết ra các enzyme cũng như hấp thu các sản phẩm phân huỷ từ nội nhũ và vận chuyển chúng đến phôi đang phát triển Các enzyme được tạo ra trong lớp aleuron và mô vảy nhỏ có thể được chia làm ba nhóm: Các enzyme liên quan đến quá trình trao đổi chất đang diễn ra bên trong tế bào; các enzyme huy động chất dự trữ từ các tế bào của mô vảy nhỏ và lớp aleuron; các enzyme được tổng hợp và tiết vào trong nội nhũ (Fincher, 1989; Juhasz và cộng sự, 2005)
- Các enzyme phân huỷ carbohydrate
Cơ chế hình thành GABA
Acid γ-aminobutyric (GABA) là một amino acid phi protein có 4 carbon, được tìm thấy trong các loài vi khuẩn đơn giản đến cây trồng và ở ngay cả những động vật có vú GABA được phát hiện trong cây từ hơn nửa thế kỷ trước (Steward, 1949) Tuy nhiên vai trò của nó ở trong giới thực vật vẫn chưa được nghiên cứu một cách đầy đủ; nhưng trong giới động vật thì các nhà khoa học đã tìm ra được vai trò của GABA: là một chất dẫn truyền xung thần kinh quan trọng, có rất nhiều hoạt tính sinh học: giảm stress, chống oxy hóa, giảm thiểu nguy cơ mắc các bệnh về tim mạch và thần kinh Trong cây và trong động vật, GABA được hình thành thông qua 3 enzyme: enzyme glutamate decarboxylase (GAD), enzyme GABA transsaminase (GABA – T) và enzyme succinic semialdehyde dehydrogenase (SSADH)
Hình 2.3: Con đường biến đổi của γ-aminobutyric acid ở thực vật
Chu trình thuỷ phân nitrogen bởi enzyme glutamine-synthetase hay glutamate-synthase (GS hay GOGAT) là một con đường chính để đồng hoá nitrogen thành glutamate và amino acid trong thực vật Glutamate decarboxylase (GAD) là một enzyme trong dịch tế bào chịu ảnh hưởng bới phức hợp Ca 2+ -calmodulin (CaM), làm xúc tác cho quá trình decarboxyl glutamate biến đổi thành GABA Sau đó, GABA được chuyển vào trong ty thể và bị biến đổi thành succinic semialdehyde bởi enzyme GABA transaminases sử dụng cả α-ketoglutarate (thành enzyme GABA-TK) và pyruvate (thành enzyme GABA-TP) như là những nơi tiếp nhận các amino acid Tiếp theo, succinic semialdehyde được biến đổi thành succinate bởi enzyme succinic semialdehyde dehydrogenase (SSADH), sau đó tham gia vào chu trình TCA Cả ATP và NADH có thể trở thành chất ức chế hoạt động của enzyme SSADH Các enzyme succinyl-CoA ligase và α-ketoglutarate dehydrogenase (α- KGDH) là các enzyme của chu trình TCA nhưng có liên quan đến chu trình biến đổi của GABA và các enzyme này nhạy cảm với sự stress oxy hoá Succinic semialdehyde còn có thể bị biến đổi thành γ-hydroxybutyric acid (GHB) ở bên ngoài là dịch tế bào ở cả động vật và thực vật Ở động vật có vú, GHB được biết đến như là một chất dẫn truyền xung thần kinh, trong khi đó, ở thực vật thì vẫn chưa biết rõ chức năng của GHB
Vai trò của enzyme GABA-TK vẫn còn đang được nghiên cứu, trong khi đó, vai trò của enzyme GABA-TP đã được nghiên cứu rõ ràng trong cây thuốc lá và cây hoa Arabidopsis.GABA-TP là một enzyme chức năng cho quá trình biến đổi GABA
GABA-TP có một vài chức năng đặc biệt ở các loài hoa: đóng góp vào sự cân bằng C:N, điều chỉnh lại độ pH, chống lại sự oxy hoá, bảo vệ cây khỏi côn trùng, GABA còn là chất điều hoà thẩm thấu màng tế bào (Palanivelu và cộng sự, 2003)
Như vậy, cơ chất chính trong quá trình tạo thành GABA chính là glutamate; sau đó, GABA sinh ra sẽ được chuyển hoá tiếp tạo thành succinic semialdehyde và cuối cùng tạo thành sản phẩm GHB (ở dịch tế bào) và succinate (ty lạp thể) Ta có thể thu được glutamate từ con đường dị hoá lysine (Galili và cộng sự, 2001):
Hình 2.4: Con đường dị hoá lysine tạo glutamate ở thực vật
Khi hàm lượng lysine có trong gạo lứt ban đầu cao thì hàm lượng GABA tạo thành khi nảy mầm cũng sẽ có hàm cao hơn so với nhóm gạo có hàm lượng lysine thấp (Galili và cộng sự, 2001) Có rất nhiều nghiên cứu để tăng hàm lượng GABA trong gạo: chuyển gene GAD (Park và Oh, 2007) Đoạn gen mã hoá của enzyme glutamate decarboxylase có trong lớp cám của cây lúa đã được tìm thấy: đoạn cDNA của enzyme bao gồm 1479 cặp base mã hoá một protein gồm 492 amino acid
Protein có giá trị pI = 5.72 và có khối lượng phân tử là 56.1 kD (Xu và cộng sự, 2010) Từ đó, mở ra một hướng nghiên cứu mới để có thể làm tăng hàm lượng
GABA bằng các tác động lên bộ gen của enzyme glutamate dehydroxylase, biến tế bào thành một nhà máy sinh tổng hợp thừa GABA Bên cạnh đó, các nhà khoa học đã sử dụng phương pháp lên men vi sinh vật Lactobacillus brevis, L.bacillus paracasei…(Khomatsuzaki và cộng sự, 2005); Escherichia coli (Tramonti và cộng sư, 2003); Monascus (Kono và Himeno 2000)… trên nguồn nguyên liệu là cám gạo để sản xuất GABA Và còn nhiều phương pháp khác bao gồm cả nảy mầm gạo (Komatsuzaki và cộng sự, 2007).
Thành phần hoá học và tiềm năng dinh dưỡng của gạo nảy mầm
Đa số những phương pháp phân tích và nghiên cứu về gạo nảy mầm được tiến hành ở Nhật Bản Năm 1994, Saikusa và cộng sự đã phát hiện rằng nếu ngâm gạo lứt trong nước ấm ở 40 o C từ 8-24 giờ thì lượng GABA sẽ tăng đáng kể
Khi nảy mầm, gạo trải qua quá trình gia tăng hàm lượng dinh dưỡng và sản sinh các chất mới Các hợp chất dinh dưỡng tăng lên bao gồm GABA, lysine, vitamin E, chất xơ, niacin, magie, vitamin B1 và B6 Ngược lại, gạo nảy mầm lại chứa ít đường và calo hơn so với gạo trắng thông thường.
Bảng 2.4: So sánh thành phần hoá học giữa gạo lứt, gạo trắng và lớp cám gạo (Nguồn Agricultural Engineering Unit International Rice Research Institute -IRRI)
Thành phần (% w/w) Gạo lứt Gạo trắng Cám
Choi và cộng sự (2006) đ thì hàm lượng các chất dinh dư sau: lượng fructose tăng 3.4 l đã nhận thấy rằng sau 24 gi hơn sau 48 giờ nảy mầm khảo sát sự thay đổi các thành ph mầm so với gạo lứt ban đ được trồng ở miền bắc Thái Lan;
Bảng 2.5: Thành phần các h (GBR), thóc chưa xay v Đơn vị : % w/w Ẩm
Protein thô Béo thô Carbohydrate Tro
Chất xơ Đường tổng Đường khử TFAA Thông số
Hợp chất có hoạt tính sinh h
(2006) đã nghiên cứu và kết luận rằng: sau 24 t dinh dưỡng sẽ có biến đổi so với gạo lứt trướ ng fructose tăng 3.4 lần, lượng GABA tăng 7.97 lần Nhóm nghiên c ng sau 24 giờ nảy mầm thì lượng chất dinh dưỡng đ m Anuchita Moongngarm và Nattawat Saetung (2010) đ i các thành phần hợp chất hoá học và sinh học trong ban đầu Nhóm đã lựa chọn giống gạo Oryza sativa c Thái Lan; và kết quả thu được rất khả quan n các hợp chất hoá học trong gạo lứt (UGR), (GBR), thóc chưa xay vỏ nảy mầm (GRR) và bột thóc (GRP) (Moongngarm và
Vitamin nhóm B (mg/100g) tính sinh học
: sau 24 giờ nảy mầm ớc nảy mầm như n Nhóm nghiên cứu cũng ng đạt được sẽ cao Anuchita Moongngarm và Nattawat Saetung (2010) đã c trong gạo nảy Oryza sativa L., RD-6
(UGR), gạo nảy mầm (Moongngarm và
Hàm lượng thấy lượng protein, ch tăng lên so với ban đầu Riêng lư chế biến đã bị tổn thất ở cũng tăng đáng kể, đặt bi
Bảng 2.6: Hàm lượng các amino acid ch nảy mầm (GBR), thóc chưa xay v
Dựa vào bảng 2.6 đáng kể
Các amino acid cần thiết
Các amino acid không cầ ng protein, chất xơ hoà tan, đường khử ở gạ u Riêng lượng vitamin B thì giảm nhiều do trong quá trình giai đoạn ngâm và sấy gạo Các chất có ho t biệt là γ-oryzanol (Moongngarm và Saetung, 2010) ng các amino acid chứa trong các loại gạo: gạo l (GBR), thóc chưa xay vỏ nảy mầm (GRR) và bột thóc (GRP)
Hàm lượng các axit amin thiết yếu trong gạo nảy mầm cao hơn gạo lứt (UGR) và gạo mầm từ thóc (GRP) Theo Moongngarm và Saetung (2010), quá trình nảy mầm làm tăng hoạt tính sinh học của gạo.
Bảng 2.7: Thành phần hoá học của gạo nảy mầm và gạo lứt
Hơp chất (% w/w) Gạo lứt chưa nảy mầm Gạo lứt nảy mầm
Tổng chất xơ hoà tan 4.13 ± 0.28 5.26 ± 0.28 Đường tổng 0.50 ± 0.02 1.00 ± 0.01
Các nghiên cứu trên giống gạo lứt Jhapra tại Bangladesh cho thấy: sau khi nảy mầm, hàm lượng protein, béo, chất xơ hoà tan, tổng đường khử đều tăng hơn so với gạo trước khi nảy mầm Đặc biệt hàm lượng GABA cũng tăng đáng kể sau 36 giờ nảy mầm (Islam và Becerra, 2011)
Bảng 2.8: Hàm lượng GABA thay đổi trong quá trình nảy mầm
Thời gian nảy mâm (giờ) GABA (mg/100g)
Trong quá trình nảy mầm, hàm lượng các chất chống oxy hóa trong gạo thay đổi đáng kể, tăng đáng kể nếu quá trình nảy mầm kéo dài từ 2 ngày trở lên Cụ thể, hàm lượng hợp chất phenolic, α-tocopherol, γ-tocopherol, α-tocotrienol và γ-oryzanol đều tăng so với gạo không nảy mầm.
Bảng 2.9: So sánh các hợp chất mang hoạt tính sinh học (mg/100g chất khô) giữa gạo nảy mầm và gạo chưa nảy mầm (BR) (Moogngarm, 2011)
Tổng phenolic α- tocophe rol γ- tocophe rol α- tocotrien ol γ- oryzanol
Dựa vào kết quả thu được, nhóm tác giả thấy sau 2 ngày nảy mầm với mẫu GR2, hàm lượng các chất mang hoạt tính sinh học là cao nhất, cao hơn hẳn so với nhóm gạo chưa nảy mầm Những hợp chất này bảo vệ dầu gạo khỏi quá trình oxy hoá, ngăn cản quá trình peroxy lipid bằng lượng sắt có trong gạo hay chiếu xạ bằng tia cực tím và những hợp chất này được chứng minh sẽ giảm cholesterol trong máu (Rohrer và Siebenmorgen, 2004) Trong quá trình nảy mầm, lượng acid phytic sẽ giảm do hoạt tính của enzyme phytase ngày càng tăng, điều này giúp cho việc thuỷ phân acid phytic thành myoinositol và acid phosphoric cung cấp hợp chất cao năng cho các quá trình sinh tổng hợp
Cũng theo Moongngarm (2011) các hợp chất phenolic, tocopherols, tocotrienols và γ-oryzanol có khả ngăn cản ảnh hưởng và bắt các gốc tự do
Bảng 2.10: Hoạt tính chống oxy hoá ở gạo lứt nảy mầm (Moongngarm, 2011)
DPPH Hydroxyl radical Lipid peroxidation
Tỉ lệ thay đổi (%) Gạo lứt 72.18±4.55 a 0 73.43±4.44 a 0 112.10±9.50 a 0
BHA 2 11.44±1.41 (àg/mL) 14.93±1.05 (àg/mL) 19.21±1.05 (àg/mL) α-tocopherol 24.08±1.37 (àg/mL) 19.37±1.05 (àg/mL) 21.18±1.05 (àg/mL)
Các giá trị IC 50 càng thấp thì hoạt tính chống oxy hoá càng cao; các giá trị này đạt giá trị thấp nhất sau 2 ngày nảy mầm và có dấu hiệu tăng trở lại sau 3 ngày nảy mầm
Theo Iqbal và cộng sự (2005), hợp chất tocopherol và tocotrienol, bao gồm cả vitamin E và γ-oryzanol, là những chất chống oxy hóa chính trong gạo, đặc biệt là lớp cám gạo Trong đó, γ-oryzanol có hoạt tính chống oxy hóa gấp 10 lần tocopherol, còn tocotrienol gấp 40-60 lần tocopherol.
2.5.2 Tiềm năng dinh dưỡng của gạo nảy mầm
Gạo nảy mầm với các thành phần dinh dưỡng, các hợp chất chống oxy hoá, hợp chất mang hoạt tính sinh học cao hơn hẳn so với gạo trắng hoàn toàn có thể được ứng dụng làm thực phẩm chức năng Nếu sử dụng gạo nảy mầm thay thế gạo trắng hằng ngày có thể giảm được rất nhiều căn bệnh nguy hiểm như: giảm stress, giảm lượng cholesterol có trong máu, giảm thiểu các bệnh về thần kinh, ngăn ngừa bệnh mất ngủ (Streeter và cộng sự, 2012; Kayahara và cộng sự, 2001)
Bảng 2.11: Các hợp chất mang hoạt tính sinh học và công dụng của gạo nảy mầm
(Streeter và cộng sự, 2012) Hợp chất Hoạt tính sinh học trong gạo nảy mầm
Giảm huyết áp, tăng hormone tăng trưởng STH trong não, chống căng thẳng và đau đầu Ngoài ra, đinh lăng còn có tác dụng giảm xơ cứng động mạch, ngăn ngừa vỡ vỡ tĩnh mạch não Không chỉ vậy, đinh lăng giúp giảm mất ngủ, cải thiện rối loạn thần kinh, góp phần phục hồi chức năng thận.
Chất xơ hòa tan Chống táo bón, ngăn ngừa ung thư ruột kết, giảm lượng đường trong máu
Ferulic acid Loại hợp chất oxid độc hại, khử hắc tố
Phytic acid Chống oxy hoá, chống các bệnh về tim mạch, chống đông máu
Tocotrienols Bảo vệ da dưới tia UV
Magnesium Chống các bệnh về tim Potassium Giảm huyết áp
Gamma- Oryzanol Chống oxy hoá, bảo vệ da, cân bằng lượng cholesterol
Qua nhiều nghiên cứu về các yếu tố tác động đến sản xuất gạo nảy mầm như: quá trình ngâm, quá trình nảy mầm; nghiên cứu và sản xuất gạo nảy mầm tại Việt Nam hoàn toàn khả thi Vì vậy, đề tài sẽ tiến hành khảo sát những yếu tố ảnh hưởng trong quá trình ngâm và nảy mầm để góp phần hoàn thiện quy trình sản xuất gạo nảy mầm hiện nay.
NHỮNG NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM
Nội dung nghiên cứu
Đề tài tiến hành nghiên cứu trên đối tượng là gạo giống OM 4900, là giống lúa phổ biến đang được trồng khắp đất nước Lúa được cung cấp từ Viện Lúa Đồng Bằng Sông Cửu Long (2013)
Giống lúa OM 4900 được chọn lọc từ tổ hợp lai của C53/Jas85Marker do GS.TS Nguyễn Thị Lang và GS.TS Bùi Chí Bửu tạo chọn OM 4900 đã được Hội đồng Khoa học Công nghệ Bộ Nông nghiệp đặt cách công nhận là giống chính thức (Quốc gia) vào ngày 18/06/2009
Giống lúa OM 4900 trồng được cả trong vụ Đông - Xuân và vụ Hè - Thu Đây là giống lúa tốt đã đưa ra sản xuất diện rộng Giống phát huy tốt ở các vùng đất phù sa ngọt sản xuất giống lúa chất lượng cao cho xuất khẩu
Khảo sát các thành phần hóa học cơ bản của giống lúa OM 4900: hàm lượng GABA, amino acid tổng, đường khử, ẩm, tro và tỉ lệ nảy mầm so với lúa nguyên liệu nhằm làm cơ sở để so sánh với gạo nảy mầm
Lúa được đặt mua sau khi thu hoạch 1 tháng và độ ẩm của lúa đạt được là 10.5 % (w/w) Tiến hành khảo sát với 300g lúa nguyên liệu, chia làm ba lần lập, mỗi lần sử dụng 100 g lúa Lúa sẽ được tách vỏ trấu bằng máy Kett HP-200
Hình 3.1: Máy xát vỏ trấu Kett HP-200
Phần gạo, trấu, tấm sẽ được thu lại và tiến hành cân để đánh giá khả năng tách vỏ trấu của máy Trong quá trình xát sẽ có những phần tấm vẫn còn phôi và những không có phôi Những hạt này sẽ được đếm lại vì khi hạt gạo còn phôi thì vẫn sẽ nảy mầm (Hình 3.5)
Hình 3.2: Gạo sau khi được tách vỏ trấu Để phân riêng gạo và tấm, sử dụng ray với kích thước lỗ ray 3 cm để loại các hạt nứt gãy Gạo sau khi tách vỏ trấu cũng sẽ có trường hợp không giữ được phôi, sau khi thu được gạo thì tiến hành loại bỏ những hạt gạo không phôi bằng mắt
Hình 3.3: Hạt gạo bị gãy còn phôi (a) và mất phôi (b)
Sau khi tách vỏ trấu, gạo lứt sẽ được nảy mầm theo tiêu chuẩn TCVN 8548:2011 về “Hạt giống và cây trồng – Phương pháp kiểm nghiệm” (Phụ lục)
3.1.2 Đề xuất quy trình công nghệ sản xuất gạo nảy mầm
3.1.2.1 Mục tiêu Đưa ra được quy trình công nghệ sản xuất gạo nảy mầm dựa trên những kết quả nghiên cứu của Komatsuzaki và cộng sự (2007)
Trong nội dung nghiên cứu này, chúng tôi sẽ khảo sát quá trình sản xuất gạo mầm theo quy trình đề xuất hình 3.4 và sản phẩm sẽ được đánh giá thông qua các chỉ tiêu: hàm lượng GABA, acid amin và đường khử a b
Hình 3.4: Quy trình công nghệ sản xuất gạo nảy mầm hiện nay
Mục đích công nghệ: loại bỏ lớp trấu, chuẩn bị cho quá trình nảy mầm
Các biến đổi của nguyên liệu: trong quá trình sẽ có hiện tượng gãy, nứt hạt gạo, có những trường hợp những hạt lúa bị mất phôi, không còn khả năng nảy mầm
Lớp vỏ trấu bên ngoài sẽ được tách bỏ
Thiết bị: Sử dụng máy tách vỏ trấu Kett Hp-200
Mục đích công nghệ: cung cấp ẩm, hoạt hóa hệ enzyme nảy mầm
Các biến đổi: o Vật lý: hạt gạo sẽ hấp thu nước đến một giá trị nhất định, đồng thời lượng chất khô sẽ bị giảm, do một số chất hòa tan vào trong nước ngâm o Hoá sinh: các enzyme thuỷ phân sẽ được hoạt hoá (α-amylase, β-amylase, cellulase, glucanase) Thuỷ phân tinh bột ở vùng lân cận phôi, cung cấp năng lượng cho các quá trình sinh tổng hợp o Hoá lý: Có hiện tượng khuếch tán nước vào bên trong phôi, đồng thời có sự khuếch tán các chất hoà tan (amino acid, vitamin nhóm B…) ra môi trường nước
Nước sử dụng là nước cất, nước được ngâm theo tỉ lệ gạo : nước = 1:2 (w/w), ở nhiệt độ 36 o C, trong vòng 12 giờ để đạt được tỉ lệ nảy mầm cao nhất
(Komatsuzaki, 2007; Banchuen và cộng sự, 2010)
Mục đích công nghệ: chế biến Các biến đổi trong quá trình: o Hoá sinh: trong giai đoạn này chủ yếu xảy ra các biến đổi hoá sinh: các enzyme đã được hoạt hoá bắt đầu thuỷ phân các cơ chất dự trữ Tế bào bắt đầu sinh trưởng và phát triển (mục 2.3.2) o Hoá lý: có sự thay đổi về thành phần hoá học của gạo lứt, dẫn đến sự thay đổi về hàm lượng chất khô ( mục 2.3.2)
Sử dụng tủ ấm INB 400 Theo dõi qua sự thay đổi của hàm lượng GABA theo thời gian nảy mầm
Mục đích công nghệ: bảo quản
Các biến đổi trong quá trình: chủ yếu xảy ra các biến đổi hoá lý: ẩm tự do sẽ bị mất, một số chất dinh dưỡng không bền nhiệt sẽ bị phân huỷ
Gạo lứt nảy mầm sẽ được sấy trong tủ sấy ở nhiệt độ 60 o C đến khi độ ẩm đạt dưới 13% (Komatsuzaki, 2007)
Trong quá trình nảy mầm, sự biến đổi của hàm lượng GABA, đường khử và amino acid sẽ được theo dõi
3.1.3 Khảo sát ảnh hưởng của nồng độ acid glutamic đến hàm lượng GABA trong quá trình nảy mầm
Acid glutamic được xác định là cơ chất cho quá trình sinh tổng hợp GABA từ enzyme glutamate decarboxylase (mục 2.4) Nhưng trong hạt gạo ban đầu chỉ chứa một lượng acid glutamic vừa đủ phục vụ cho các quá trình sinh tổng hợp (Oh, 2003), nếu ta bổ sung thêm lượng acid glutamic thích hợp có thể làm tăng nồng độ GABA trong sản phẩm Do đó, mục tiêu của nội dung nghiên cứu này là khảo sát ảnh hưởng của acid glutamic đến hàm lượng GABA của gạo trong quy trình nảy mầm
Bổ sung acid glutamic dưới dạng tinh thể vào nước ngâm gạo ở các nồng độ:
Ngâm trong vòng 12 giờ, ở nhiệt độ 36 o C Tỉ lệ gạo: nước = 1: 2 (w/w) (Komatsuzaki, 2007)
Nảy mầm trong tủ ấm INB 400 – Hãng Memmert – Đức, kích thước 400x400x330 (mm) buồng với nhiệt độ cho phép sử dụng từ 30 o C đến 70 o C Điều kiện nhiệt độ nảy mầm là 35 o C, độ ẩm trong tủ là 80 % RH, trong điều kiện không ánh sáng ở tủ ấm
Tiến hành lấy mẫu tại các thời gian 0, 6, 12, 18, 24, 36, 42 giờ Sau khi lấy, mẫu sẽ được bảo quản tại -15 o C để chờ xác định các chỉ tiêu: Hàm lương GABA, đường khử, amino acid tổng
Trong quá trình nảy mầm, sự biến đổi của hàm lượng GABA, đường khử và amino acid sẽ được theo dõi
Các thí nghiệm đều được thực hiện lại 3 lần Kết quả thu được là giá trị trung bình của 3 lần lặp
3.1.4 Khảo sát ảnh hưởng của phương pháp phun ẩm trực tiếp đến hàm lượng GABA trong quá trình nảy mầm
Các phương pháp phân tích
3.2.1 Phương pháp xác định hàm ẩm
Lấy 3 gram gạo mẫu nghiền nhỏ Sử dụng cân sấy ẩm, sấy tại nhiệt độ 105 o C đến khi khối lượng không đổi
3.2.2 Phương pháp xác định tỉ lệ nảy mầm
Tỉ lệ nảy mầm sẽ được xác định theo tiêu chuẩn TCVN 8548:2011 về “Hạt giống và cây trồng – Phương pháp kiểm nghiệm” (Phụ lục)
3.2.3 Phương pháp xác định hàm lượng tro
Hàm lượng tro trong gạo được xác định theo tiêu chuẩn TCVN 8124:2009 về "Ngũ cốc, đậu đỗ và phụ phẩm – Xác định hàm lượng tro bằng phương pháp nung" Tiêu chuẩn này quy định phương pháp chuẩn để xác định hàm lượng tro trong các loại ngũ cốc, đậu đỗ và phụ phẩm của chúng bằng phương pháp nung, giúp đảm bảo kết quả chính xác và có thể so sánh giữa các mẫu.
Gạo sẽ được nghiền nhỏ và cho vào tủ sấy ở nhiệt độ 550 o C sấy đến khối lượng không đổi
Hàm lượng tro sẽ được tính theo công thức:
% Tro = (m 2 – m 0 )/(m 1 – m 0 ) (w/w) Với m 0 : khối lượng chén sứ m1: Khối lượng chén sứ và mẫu m 2 : Khối lượng chén sứ và tro 3.2.4 Phương pháp xác định hàm lượng amino acid tổng Được xác định dựa trên phương pháp sử dụng thuốc thử ninhydrin (phụ lục)
3.2.5 Phương pháp xác định hàm đưởng khử
Phương pháp xác định đường khử theo Miller (phụ lục)
3.2.6 Phương pháp xác định hàm lượng GABA Được xác định dựa trên phương pháp sử dụng thuốc thử FDNB (phụ lục).
Hóa chất và thiết bị sử dụng
NaOH, NaHCO 3 , HCl 37%, đệm Tris – HCl, thuốc thử FDNB, DNS, ninhydrin, etyl acetat, dietyl eter, ethanol…
Thuốc thử FDNB được đặt mua tại Merck
- Máy đo quang phổ hấp thu UV – Vis Thermo Spectronic
- Bể điều nhiệt Gallenkamp No.WF 250
- Cân 4 số lẻ OHAUS PA 214
- Máy tách vỏ trấu Kett HP – 200
- Máy đo pH Mettler Toledo
- Ẩm kế treo tường AnyMetre TH108.
