HCM TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA NGUYỄN THỊ PHƯƠNG UYÊN NGHIÊN CỨU QUY TRÌNH SẢN XUẤT PHÔI CHÁO ĂN LIỀN TỪ NGUYÊN LIỆU CÓ BỔ SUNG KHOAI LANG TÍM CHUYÊN NGÀNH CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM VÀ ĐỒ UỐN
TỔNG QUAN
TỔNG QUAN VỀ LÚA GẠO
Cây lúa là một trong những cây trồng lâu đời nhất trên thế giới Từ những cây lúa hoang mọc ở vùng đầm ven sông, con người đã dần dần thuần hóa và tạo nên cây lúa trồng ngày nay Tồn tại rất nhiều những ý kiến, những học thuyết khác nhau về sự xuất hiện của cây lúa Với những kết quả nghiên cứu, các nhà khoa học trên thế giới đã thống nhất luận điểm về nguồn gốc cây lúa Nhiều ý kiến cho rằng, cây lúa có nguồn gốc từ Châu Á và xuất hiện vào khoảng thời gian cách đây 8000 năm Người ta tìm thấy dấu vết của giống lúa cổ tại ba địa điểm là Đông Nam Á, vùng Assam (Ấn Độ), vùng biên giới Thái Lan – Myanmar và vùng trung du Tây Bắc Việt Nam Tuy nhiên, gần đây các nhà khảo cổ học Trung Quốc đã tìm thấy những hạt lúa nguyên thủy cùng các nông cụ cổ có niên đại khoảng 9000 năm
Họ (Family): Poaceae/Gramineae (Hòa thảo) Phân họ (Subfamily): Oryzoideae
Tộc (Tribe): Oryzeae Chi (Genus): Oryza Loài (Spicies): Oryza sativa L
Ngày nay, cây lúa phát triển trên một bình diện rộng khắp thế giới với khoảng 100 quốc gia trồng lúa Vùng trồng và tiêu thụ lúa chính vẫn là Châu Á vì Châu Á là nơi mà gạo đóng một vai trò không thể thay thế trong đời sống hằng ngày Ba nước xuất khẩu gạo lớn nhất thế giới là Thái Lan, Việt Nam và Trung Quốc Ở Việt Nam, lúa đƣợc trồng ở cả ba miền với nhiều giống khác nhau, phổ biến nhất là giống lúa lai năng suất cao, kháng sâu bệnh tốt Vùng trồng lúa lớn nhất Việt Nam là Đồng bằng sông Hồng và Đồng bằng sông Cửu Long [1], [2]
Có nhiều ý kiến khác nhau về việc phân loại chi Oryza Ví dụ Roshevits R.U,
(1931) chia chi Oryza ra làm 19 loài, Chaherjee (1948) chia làm 23 loài, Richharia R
(1960) chia thành 18 loài, và viện Nghiên Cứu lúa quốc tế IRRI (1963) chia thành 19 loài Trong đó chỉ có loài Oryza sativa L là loại lúa đƣợc trồng nhiều nhất để làm lương thực Do tính phổ biến của lúa gạo nên lúa có rất nhiều giống và có nhiều cách phân loại khác nhau Tuy nhiên, các cách phân loại này cũng chỉ có tính tương đối vì cùng với sự phát triển của khoa học, ngày càng có nhiều các giống lúa lai đáp ứng nhu cầu của con người Sau đây là một vài cách phân loại loài Oryza sativa L [1], [2]
+ Theo điều kiện sinh thái: lúa đƣợc thành hai nhóm lớn là Japonica (lúa cánh) và Indica (lúa tiên)
Ngày nay, có khá nhiều các giống lúa lai giữa lúa tiên và lúa cánh nhằm đáp ứng nhu cầu nhà sản xuất nhƣ Nông nghiệp I phù hợp cho vụ hè thu ở Trung Bộ, VN10 chịu rét tốt phù hợp cho vụ chiêm xuân ở miền Bắc
Dựa theo thời điểm sinh trưởng, các giống lúa có thể được phân loại theo mùa vụ, thời gian thu hoạch và các giống lai ngắn ngày nhập khẩu để tăng vụ, trái vụ và nâng cao năng suất Đặc điểm của nhóm giống này là phản ứng trung tính với ánh sáng, thích hợp trồng rộng rãi trong các vụ xuân, hè, thu và đông xuân ở Nam Bộ.
+ Theo điều kiện tưới và gieo cấy: có giống lúa cạn trồng tại vùng đồi nương, không cần nước trên mặt đất và giống lúa nổi chịu ngập đến 3-4m
Theo thành phần hóa học: lúa nếp (O sativa L.var glutinoza Tanaka) có thành phần tinh bột chủ yếu là amylopectin và lúa tẻ (O sativa L.var utilissima A.camus) có tỷ lệ amylose từ 13 – 15%
Phân loại lúa dựa trên hình dạng hạt: hạt rất dài (trên 7,5 cm), hạt dài (6,6 - 7,5 cm), hạt trung bình (5,5 - 6,5 cm), hạt ngắn (dưới 5,5 cm).
1.1.3.1 Thành phần hóa học của thóc gạo a Nước Độ ẩm của hạt tuy chỉ chiếm 13-15% nhưng có ảnh hưởng lớn đến quá trình chế biến và bảo quản Độ ẩm của thóc, gạo phụ thuộc chặt chẽ vào nhiệt độ và độ ẩm môi trường Khi độ ẩm môi trường lớn thì nó hút thêm ẩm, làm cho độ ẩm hạt tăng lên và ngược lại Ở mỗi điều kiện độ ẩm tương đối và nhiệt độ môi trường, thóc gạo có một giá trị độ ẩm cân bằng xác định Độ ẩm cân bằng của hạt khoảng 14-15% Khi độ ẩm của hạt cao hơn độ ẩm tới hạn thì cường độ hô hấp và các hoạt động sinh lý của hạt tăng nhanh Kết quả hàm lƣợng các chất dinh dƣỡng trong hạt bị hao tổn do quá trình hô hấp, độ ẩm trong hạt tăng cao ảnh hưởng đến quá trình chế biến.[15] b Glucid
Glucid của thóc gồm có tinh bột, dextrin, cenlulose và hemicellulose, glucose, sacarose, fructose, rafinose Trong đó chủ yếu là tinh bột, với hai thành phần là amylose và amylopectin Amylose chiếm khoảng 17% Trong thóc nếp có rất ít amylose
Bảng 1.1 Độ ẩm cân bằng của thóc và gạo ở các độ ẩm tương đối của không khí khác nhau ở nhiệt độ 20 o C
Tên lương thực Độ ẩm tương đối của không khí (%)
Hàm lượng protein trong các thành phần khác nhau của hạt gạo phân bố không đồng đều Protein tập trung chủ yếu ở lớp phôi và cám Trong gạo lứt, protein phôi chiếm tỉ lệ cao nhất, theo sau là cám Trong gạo xát, glutenin chiếm phần lớn protein (75-85%), trong khi các nhóm protein khác như albumin, globulin và prolamin chỉ chiếm một phần nhỏ Tỉ lệ các nhóm protein này cũng khác nhau giữa các thành phần hạt gạo Cá
Nội nhũ chứa nhiều glutenlin.[15]
Bảng 1.2 Thành phần và hàm lƣợng amino acid của protein các loại hạt (%)
Amino acid Lúa mì Đại mạch Bắp Gạo
Arginine Histidine Isoleucine Leucine Lysine Phenylalanine Threonine Tryptophan Valine Methionine Cystine Acid glutamic Serine
Thóc gạo chứa lƣợng lipid khoảng 1-3% Lipid tập trung nhiều nhất ở phôi và aleurone Cũng nhƣ các loại ngũ cốc khác, phần lớn lipid của gạo chứa các acid béo không no nhƣ acid oleic, acid linoleic…còn các acid béo no nhƣ acid palmitic, stearic… chiếm tỉ lệ không đáng kể Gần 80% lipid gạo lật tập trung ở cám và tấm
Gần 1/3 lipid có trong gạo nằm ở lớp mầm, nên gạo xát trắng chỉ còn khoảng 20% lipid so với gạo lứt Hàm lượng lipid cao khiến gạo dễ bị hỏng Do đó, khi bảo quản gạo trong điều kiện nhiệt độ và độ ẩm cao sẽ dễ xảy ra quá trình oxy hóa chất béo, dẫn đến gạo bị biến chất và hư hỏng.
Bảng 1.3 Hàm lƣợng các acid béo có trong gạo
Hàm lƣợng trung bình (%) Gạo lật Gạo xát Cám + tấm Dầu cám
Lauric acid Myristic acid Palmitic acid Stearic acid
Các acid béo không no
Oleic acid Linoleic acid Linolenic acid Arachidonic acid
Trong gạo nếp chủ yếu chứa các vitamin tan trong nước, nhiều nhất là vitamin B1, kế đến là vitamin B2, B6, B12, PP Hầu hết các vitamin này tập trung chủ yếu ở lớp alơrông và phôi, nên chúng rất dễ bị mất đi trong quá trình bảo quản và chế biến
Trong quá trình bảo quản, hạt gạo có thể bị giảm chất lượng do hoạt động của một số enzyme như amylase, lipase Chúng xúc tác phản ứng thủy phân tinh bột, lipid thành các chất đơn giản hơn, khiến hàm lượng dinh dưỡng của gạo giảm Tuy nhiên, một số enzyme khác như peroxidase, catalase lại tham gia vào quá trình tổng hợp tinh bột, cải thiện chất lượng hạt gạo trong giai đoạn chín sau thu hoạch.
1.1.3 Ứng dụng các sản phẩm từ gạo
Lúa chiếm 25 – 30% tổng sản lượng lương thực trên toàn thế giới, chiếm 50 – 60% tổng sản lượng lương thực Châu Á và khoảng 95% tổng sản lượng lương thực Việt Nam Từ lúa ta có thể có các sản phẩm khác nhau nhƣ gạo, bột gạo, tinh bột gạo và các phụ phẩm trong quá trình xay xát lúa thành gạo nhƣ cám, trấu,…
TỔNG QUAN VỀ KHOAI LANG TÍM
Khoai lang có tên khoa học là Ipomoea batatas (L.) Lamk là một loại thực phẩm gần gũi với người dân Việt Khoai lang là loại cây sống nhiều năm, thân có nhựa mủ
Lá khoai lang là loại rau dân dã phổ biến, có vị ngọt mát và giàu dinh dưỡng Ngoài công dụng làm thực phẩm, lá khoai lang còn có tác dụng chữa bệnh hiệu quả Từ xa xưa, người dân đã sử dụng củ và rau khoai lang như một vị thuốc quý Lá khoai lang còn được gọi với cái tên dân dã là "mẹ con".
“sâm nam” Theo Đông y, củ khoai lang tính bình, vị ngọt, có tác dụng bồi bổ cơ thể, ích khí, cường thận, kiện vị, tiêu viêm, thanh can, lợi mật, sáng mắt Rau lang tính bình, vị ngọt, dùng chữa tì hƣ, kém ăn, thận âm bất túc Ngọn khoai lang luộc hoặc xào với tỏi là một món ăn ngon, có nhiều vitamin và chất khoáng, giàu chất xơ… Các nhà khoa học đã chứng minh rằng chất xơ trong thực phẩm có tác dụng hạn chế hấp thu cholesteron trong ruột vào máu, hạn chế tỉ lệ mắc bệnh ung thƣ đại tràng Theo Tây y, khoai lang có chủng loại các chất dinh dưỡng tương đối nhiều Thành phần chủ yếu là carbonhydrate tinh bột, dễ đƣợc cơ thể tiêu hoá, hấp thu và tận dụng Khoai lang có chứa nhiều mucoprotein, có khả năng cản trở cholesteron lắng đọng trên thành mạch, tránh xơ cứng động mạch, đồng thời giữ đƣợc tính đàn hồi của mạch máu, lại còn có thể tránh teo mô liên kết trong gan, thận… Trong khoai lang chứa một số chất đặc thù phòng bệnh ung thƣ ruột kết, ung thƣ vú Khoai lang có thể thúc đẩy nhu động ruột, tránh bị táo bón [4]
Khoai lang tím từ lâu đã đƣợc nghiên cứu đƣa vào sản xuất bởi Viện nghiên cứu nông nghiệp quốc gia Nhật Bản có tên là Okinawan Đây là một nguồn chất màu tím tốt và ổn định vì nó có sản lƣợng lớn với hàm lƣợng anthocyanin cao [24]
Những năm qua, khoai lang tím đóng vai trò rất quan trọng đáp ứng nhu cầu ngày càng cao cho thị trường thực phẩm phục vụ sức khỏe con người Thị trường khoai lang tím phát triển mạnh ở các nước như Nhật Bản, Hàn Quốc, Newzeland và một số quốc gia khác…
Ví dụ nổi bật là Yamagawa-Murasaki Ayamurasaki giống khoai trồng ở Nhật Bản, được sử dụng trong việc chế biến các sản phẩm thương mại, bao gồm sản xuất chất màu thực phẩm có nguồn gốc tự nhiên, nước trái cây, bánh mì, mì, mứt, bánh kẹo, và đồ uống lên men
Những nghiên cứu về tách chiết anthocyanin từ trái cây, rau củ quả bao gồm cả bột khoai lang tím, ngô tím, quả lý chua màu đỏ, đen và nho tím đã chỉ ra rằng cồn là dung môi đƣợc sử dụng phù hợp nhất để tách chiết anthocyanin Tuy nhiên, hiệu quả của quá trình tách chiết còn tùy thuộc vào nồng độ dung môi, tỷ lệ dung môi, nhiệt độ và thời gian ngâm ủ trước khi tiến hành tách chiết Việc trích ly anthocyanin từ khoai lang tím thường người ta sử dụng phương pháp tách chiết bằng dung môi
Giống khoai lang tím khác với các loại khoai lang thông thường khác ở Mỹ là nó không chỉ chứa hàm lƣợng anthocyanin cao mà hàm lƣợng chất khô trung bình trong thịt củ cũng khá cao (xấp xỉ 32%) Một lƣợng lớn chất khô có thể đƣợc chuyển hóa thành đường (chủ yếu là glucose) nhờ tác dụng của enzyme thủy phân tinh bột
Màu tím rịm trong thịt củ khoai lang tím là do màu của anthocyanin Màu anthocyanin trong khoai lang tím tồn tại ở dạng mono hay diacelated của cyaniding và peonidin So với các loại khoai lang trắng, vàng hay da cam thì anthocyanin trong khoai lang tím lại có chức năng chống oxi hóa Ngoài ra, anthocyanin trong khoai tím còn có chức năng sinh lý nhƣ kháng viêm, kháng khuẩn, và tác dụng chống lại tia cực tím
So với các chất màu anthocyanin thông thường khác có chứa trong trái cây và rau quả, nồng độ anthocyanin trong thịt củ khoai lang tím đƣợc xếp vào nhóm cao nhất cùng với các loại quả nhƣ là: quả việt quất, quả nam việt quất, chanh và nho
Hàm lƣợng anthocyanin trong một số rau củ quả đƣợc thể hiện trong bảng sau
Bảng 1.4 Hàm lƣợng anthocyanin trong một số loại rau quả
Nguyên liệu Hàm lƣợng anthocyanin (mg/100g nguyên liệu tươi)
Hình 1.1 Hình ảnh về khoai lang tím Ở nước ta khoai lang tím chủ yếu được trồng ở Đà Lạt và một số tỉnh miền Nam nhƣ: An Giang, Vĩnh Long, Kiên Giang cho sản lƣợng khá lớn đem lại thu nhập ổn định cho nông dân ở các tỉnh này Tuy nhiên đa số người tiêu dùng hiện nay vẫn chƣa có thói quen sử dụng khoai lang tím trong khẩu phần ăn hằng ngày một mặt vì nó chưa phổ biến trên thị trường và người tiêu dùng chưa biết được giá trị dinh dưỡng của khoai lang tím Mặt khác khoai lang tím cũng chỉ có nhiều vào mùa vụ nhất định chứ không có quanh năm Do vậy việc chọn khoai lang tím làm nguyên liệu trong đề tài nghiên cứu này sẽ góp phần làm tăng giá trị sử dụng của khoai lang tím đồng thời tạo ra một sản phẩm thực phẩm mới đáp ứng nhu cầu tiêu dùng của người tiêu dùng
1.2.2 Thành phần hoá học của nguyên liệu
Tương tự các giống khoai lang khác như khoai lang vàng, khoai lang trắng, khoai lang tím Nhật cũng là một nguyên liệu rất giàu glucid, đường, tinh bột,… thành phần hóa học tính cho 100g sản phẩm và các acid amin có trong protein toàn phần đƣợc thể hiện ở bảng sau [4]
Bảng 1.5: Thành phần hóa học của khoai lang (tính cho 100g sản phẩm)
Sản phẩm Củ tươi Khoai lang khô Rau khoai lang
Bảng 1.6 Các acid amin có trong protein toàn phần
Thành phần Hàm lƣợng Thành phần Hàm lƣợng
Ngoài các thành phần hóa học trên, khoai lang tím còn chứa một thành phần quan trọng là anthocyanin tạo giá trị dinh dƣỡng cũng nhƣ giá trị cảm quan nhƣ đã giới thiệu ở phần trên.
TỔNG QUAN VỀ ANTHOCYANIN
1.3.1 Giới thiệu chung về anthocyanin
Từ “anthocyanin” bắt nguồn từ tiếng Hy Lạp, antho nghĩa là hoa, kianos có nghĩa là màu xanh, lần đầu tiên đƣợc giới thiệu vào năm 1835 bởi Marquat (J Gross 1987) [3]
Anthocyanin có mặt ở nhiều nhóm thực vật khác nhau và tạo nên màu sự đa dạng về màu sắc cho các loại rau củ Màu thông thường của anthocyanin là màu đỏ tươi, xanh, tím, đặc biệt thường thấy trong các loại củ quả như là dâu, nho, táo, bắp cải tím, khoai lang tím Tầm quan trọng của anthocyanin đối với sức khỏe của con người là nồng độ anthocyanin trong khẩu phần tương đối cao
1.3.2 Công thức hóa học của anthocyanin
Anthocyanidin là cấu trúc cơ bản của anthocyanin Anthocyanidin hay aglycol bao gồm một vòng thơm (A) kết hợp với vòng (C) có chứa oxy, vòng (C) liên kết với vòng thơm (B) bởi liên kết cacbon – cacbon Khi các anthocyanin kết hợp với phân tử đường glucose, galactose, rhamnose, xylose hay arabinose dưới dạng glycoside thì chúng đƣợc gọi là anthocyanin [22]
Anthocyanin là những glucozit do gốc đường glucose, galactose kết hợp với gốc aglucon có màu (anthocyanidin) Aglucon của chúng có cấu trúc cơ bản đƣợc mô tả trong hình 1.3 Các gốc đường có thể được gắn vào vị trí 3,5,7 thường được gắn vào vị trí 3 và 5 còn vị trí 7 rất ít Phân tử anthocyanin gắn đường vào vị trí 3 gọi là monoglycozit, ở vị trí 3 và 5 gọi là diglycozit [22], [25]
Hình 1.3: Cấu trúc cơ bản của aglucon của anthocyanin
Ngược lại với các flavonoid khác, anthocyanin mang điện tích dương trong môi trường axit
Anthocyanin là phân tử phân cực, do đó nó hòa tốt trong dung môi phân cực Tuy nhiên, điều kiện chiết xuất cũng là một nhân tố quan trọng ảnh hưởng phần lớn đến khả năng hòa tan của chúng
Năm 1939, Linus Pauling tiên phong lý giải về sự biểu hiện màu sắc của sắc tố anthocyanin, đồng thời đưa ra cấu trúc cộng hưởng của ion flavilium, nguyên nhân dẫn đến sự đa dạng màu sắc của anthocyanin.
Màu sắc của anthocyanin luôn thay đổi phụ thuộc vào pH, các chất màu có mặt và nhiều yếu tố khác, tuy nhiên màu sắc của anthocyanin thay đổi mạnh nhất phụ thuộc vào pH môi trường Thông thường khi pH < 7 các anthocyanin có màu đỏ, khi pH > 7 thì có màu xanh Ở pH = 1 các anthocyanin thường ở dạng muối oxonium màu cam đến đỏ, ở pH = 4 5 chúng có thể chuyển về dạng bazơ cacbinol hay bazơ chalcon không màu, ở pH = 7 8 lại về dạng bazơ quinoidal anhydro màu xanh.[36],
Anthocyanin có bước sóng hấp thụ trong miền nhìn thấy, khả năng hấp thụ cực đại tại bước sóng 510 540nm Độ hấp thụ là yếu tố liên quan mật thiết đến màu sắc của các anthocyanin chúng phụ thuộc vào pH của dung dịch, nồng độ anthocyanin: thường pH thuộc vùng acid mạnh có độ hấp thụ lớn, nồng độ anthocyanin càng lớn độ hấp thụ càng mạnh Cấu trúc hóa học anthocyanin thể hiện ở bảng sau [22]
Bảng 1.7 Cấu trúc hóa học của anthocyanin
Trong tự nhiên có rất nhiều loại anthocyanin Sự khác biệt chủ yếu giữa các phân tử anthocyanin là số lượng nhóm chức bị hydroxyl hóa, số lượng các phân tử đường, các hợp chất béo, các muối mang vòng thơm liên kết với đường trong phân tử và vị trí của các liên kết Tính cho đến nay, có khoảng hơn 500 loại anthocyanin khác nhau và 23 loại anthocyanidin, tuy nhiên trong đó chỉ có 6 loại phổ biến nhất trong các loại thực vật có mạch dẫn là Pg, Pn, Cy, Mv, Pt và Dp
Các glycoside thu nhận từ ba loại anthocyanidin không chứa gốc methyl (Cy, Dp, Pg) là những hợp chất phổ biến trong tự nhiên, đƣợc tìm thấy trong khoảng 80% các loại lá (các lá có sắc tố), 69% các loại quả, và khoảng 50% trong các loại hoa
Anthocyanin là chất màu tự nhiên, thuộc loại sản phẩm trao đổi chất bậc hai, không chỉ an toàn mà còn đem lại nhiều lợi ích sức khỏe cho con người nên được dùng nhƣ một phụ gia trong công nghiệp thực phẩm, đƣợc ký hiệu là E163 [27], [32]
Ngoài tác dụng là chất màu thiên nhiên đƣợc sử dụng khá an toàn trong thực phẩm, tạo ra nhiều màu sắc hấp dẫn cho mỗi sản phẩm, anthocyanin còn là hợp chất có nhiều hoạt tính sinh học quí nhƣ: khả năng chống oxy hóa cao nên đƣợc sử dụng để chống lão hóa, hoặc chống oxy hóa các sản phẩm thực phẩm, hạn chế sự suy giảm sức đề kháng, có tác dụng làm bền thành mạch, chống viêm, hạn chế sự phát triển của các tế bào ung thƣ, tác dụng chống các tia phóng xạ [32]
Mặc dù anthocyanin đƣợc hấp thu vào cơ thể với một lƣợng rất nhỏ (
