Khảo sát các đặc điểm hóa sinh, hóa lý phân tích chất lượng mùi thơm của gạo nàng thơm chợ đào bằng phương pháp SPME-GC

Khảo sát các đặc điểm hóa sinh, hóa lý phân tích chất lượng mùi thơm của gạo nàng thơm chợ đào bằng phương pháp SPME-GC

TRƯỜNG ĐẠI HỌC NÔNG LÂM TP HCM BỘ MÔN CÔNG NGHỆ SINH HỌC

NGUYỄN THỊ THU HƯƠNG

KHẢO SÁT CÁC ĐẶC ĐIỂM HÓA SINH, HÓA LÝ VÀ PHÂN TÍCH CHẤT LƯỢNG MÙI THƠM

CỦA GẠO NÀNG THƠM CHỢ ĐÀO BẰNG PHƯƠNG PHÁP SPME – GC

Luận văn kỹ sư

Chuyên ngành: Công Nghệ Sinh Học

Thành Phố Hồ Chí Minh Tháng 09/2006

TRƯỜNG ĐẠI HỌC NÔNG LÂM TP HCM BỘ MÔN CÔNG NGHỆ SINH HỌC

KHẢO SÁT CÁC ĐẶC ĐIỂM HÓA SINH, HÓA LÝ VÀ PHÂN TÍCH CHẤT LƯỢNG MÙI THƠM

CỦA GẠO NÀNG THƠM CHỢ ĐÀO BẰNG PHƯƠNG PHÁP SPME – GC

Luận văn kỹ sư

Chuyên ngành: Công Nghệ Sinh Học

TS FRÉDÉRIC GAY (CIRAD) KHÓA: 2002 - 2006 TS CHRISTIAN METRES (CIRAD)

Thành Phố Hồ Chí Minh

MINISTRY OF EDUCATION AND TRAINING NONG LAM UNIVERSITY, HCMC DEPARTMENT OF BIOTECHNOLOGY

STUDYING THE PHYSICO-CHEMICAL AND BIOCHEMICAL CHARACTERISTICS OF THE NANG THOM CHO DAO RICE VARIETY; AS WELL

AS ANALYZING ITS AROMATIC QUALITY UTILIZING THE SPME – GC METHOD

Graduation Thesis Major: Biotechnology

PHAN PHƯỚC HIỀN (NLU), Ph.D NGUYỄN THỊ THU HƯƠNG FRÉDÉRIC GAY (CIRAD) , Ph.D Term: 2002 - 2006

CHRISTIAN METRES (CIRAD), Ph.D

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

ĐẠI HỌC NÔNG LÂM TP HỒ CHÍ MINH BỘ MÔN CÔNG NGHỆ SINH HỌC

KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP

KHẢO SÁT ĐẶC ĐIỂM HÓA LÝ – HÓA SINH VÀ PHÂN TÍCH CHẤT LƯỢNG MÙI THƠM CỦA GẠO NÀNG THƠM CHỢ ĐÀO BẰNG PHƯƠNG PHÁP SPME - GC

Ngành: CÔNG NGHỆ SINH HỌC Niên khóa : 2002 – 2006

Sinh viên thực hiện : NGUYỄN THỊ THU HƯƠNG

Tháng 9/2006

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

ĐẠI HỌC NÔNG LÂM TP HỒ CHÍ MINH BỘ MÔN CÔNG NGHỆ SINH HỌC

************

KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP

KHẢO SÁT ĐẶC ĐIỂM HÓA LÝ – HÓA SINH VÀ PHÂN TÍCH CHẤT LƯỢNG MÙI THƠM CỦA GẠO NÀNG THƠM CHỢ ĐÀO BẰNG PHƯƠNG PHÁP SPME - GC

Giáo viên hướng dẫn: Sinh viên thực hiện:

TS PHAN PHƯỚC HIỀN (NLU) NGUYỄN THỊ THU HƯƠNGTS FRÉDERÍC GAY (CIRAD)

TS CHRISTIAN MESTRES (CIRAD)

Tháng 9/2006

LỜI CẢM ƠN

Tôi xin chân thành cảm ơn:

- Ban Giám Hiệu trường Đại học Nông Lâm Tp Hồ Chí Minh đã tạo mọi

điều kiện cho tôi trong suốt thời gian học tập

- Các Thầy Cô trong Bộ môn Công nghệ Sinh học cùng các Thầy Cô khác đã

luôn tận tình hướng dẫn, giảng dạy và giúp đỡ tôi

- TS Phan Phước Hiền (NLU), TS Frédéric Gay (CIRAD) và TS Christian

Mestres (CIRAD đã trực tiếp hướng dẫn và giúp đỡ tôi trong suốt thời gian thực hiện đề tài tốt nghiệp

- Cô Phùng Võ Cẩm Hồng cùng các anh chị phụ trách phòng Hóa Lý thuộc

Trung tâm Phân tích Thí nghiệm Hóa Sinh trường Đại học Nông Lâm

- Bạn Phạm Đình Chương cùng toàn thể các bạn trong lớp CNSH28 đã hỗ

trợ, giúp đỡ và động viên tôi trong suốt thời gian làm đề tài

Con thành kính ghi ơn ba mẹ cùng những người thân trong gia đình luôn tạo điều kiện và động viên con trong suốt quá trình học tập tại trường

Chân thành cảm ơn

Tháng 09 năm 2006

Nguyễn Thị Thu Hương

TÓM TẮT

NGUYỄN THỊ THU HƯƠNG, Đại Học Nông Lâm Tp Hồ Chí Minh Tháng 9/2006 “KHẢO SÁT CÁC ĐẶC ĐIỂM HÓA SINH – HÓA LÝ VÀ PHÂN TÍCH CHẤT LƯỢNG MÙI THƠM CỦA GẠO NÀNG THƠM CHỢ ĐÀO BẰNG PHƯƠNG PHÁP SPME – GC”

Hội đồng hướng dẫn:

TS PHAN PHƯỚC HIỀN (NLU) TS FRÉDÉRIC GAY (CIRAD) TS CHRISTIAN MESTRES (CIRAD)

Nàng Thơm Chợ Đào là giống gạo thơm truyền thống nổi tiếng của khu vực đồng bằng sông Cửu Long Có nhiều ý kiến cho rằng loại gạo được gọi là Nàng Thơm Chợ Đào đang được lưu hành trên thị trường hiện nay đã bị trộn lẫn với những giống gạo khác, hay thậm chí chúng hoàn toàn không chứa giống gạo Nàng Thơm Chợ Đào Vì thế, chúng tôi tiến hành tiến hành khảo sát các đặc điểm hóa lý, hàm lượng protein, chiết xuất các hợp chất thơm trong gạo Nàng Thơm Chợ Đào bằng phương pháp SPME và phân tích hàm lượng hợp chất thơm 2 – acetyl – 1 – pyrroline trên GC để đánh giá độ thuần khiết của gạo Nàng Thơm Chợ Đào đang lưu hành trên thị trường

Những kết quả đạt được:

Đặc điểm hóa lý – hóa sinh:

Nàng Thơm Chợ Đào là loại gạo có dạng hạt mảnh, thuộc nhóm thon dài với chiều dài trung bình 6,10 mm; tỉ lệ dài/rộng 3,27

Diện tích bạc bụng: 35%

Tỉ lệ gạo nguyên so với chiều dài trung bình: 63,12%

Hàm lượng protein trong gạo Nàng Thơm Chợ Đào đạt 7,27%

Phân tích chất lượng mùi thơm:

Xác định được hợp chất thơm 2 –acetyl – 1 – pyrroline xuất hiện ở thời điểm 10,1 phút trong điều kiện phòng thí nghiệm

Kết luận được các loại gạo Nàng Thơm Chợ Đào đang lưu hành trên thị trường hiện nay không chứa thuần nhất gạo Nàng Thơm Chợ Đào mà có sự pha trộn với các loại gạo khác

Nhận thấy được vai trò của điều kiện môi trường, điều kiện gieo trồng đối với tính thơm của gạo đặc sản Gạo NTCD cho phẩm chất mùi thơm cao nhất khi được gieo trồng ở ấp Chợ Đào, đặc biệt là ở chân ruộng trung bình, đất chứa lượng acid nhẹ, và không cần tháo nước trước khi thu hoạch

ABSTRACT

NGUYEN THI THU HUONG, Nong Lam Univeristy, HCMC September, 2006 “Studying the physico-chemical and biochemical characteristics of the Nang Thom Cho Dao rice variety; as well as analyzing its aromatic quality utilizing the Solid Phase Micro Extraction (SPME) and Gas Chromatography (GC) methods”

Board of research advisers:

PHAN PHUOC HIEN (NLU), PhD FREDERIC GAY (CIRAD), PhD

CHRISTIAN MESTRES (CIRAD), PhD

Nang Thom Cho Dao, a traditional aromatic rice variety of Mekong Delta with high reputation in South Vietnam, especially on Ho Chi Minh City’s markets

Production of NTCD is restricted to a very small area in Can Duoc district (Long An province) whereas rice labeled NTCD is sold everywhere on HCMc’s markets and across the Mekong Delta with a price twice the price of ordinary rice Recently, existing many opinions which believe that the NTCD circulated on HCMC market and across the Mekong Delta either gets mixed up with other rice varieties or sometimes does not at all content any NTCD; however, they are sold at the price as twice as the ordinary varieties Therefore, evaluating the physiochemical characteristics and protein content of the NTCD is necessary In this study, 2-acteyl-1-pyrroline, one of the most important elements of the rice aroma is analyzed using the SPME – GC methods in order to evaluate the grain aromatic quality in NTCD and confirm rice adulteration Results obtained from the study:

Biochemical and physiochemical characteristics:

NTCD is a rice variety with slender grain which belongs to the tapering group with average length of 6,10 mm Ratio of length/width: 3,27

Chalky areas: 35%

Ratio of the whole rice grain / average length: 63,12% Protein content: 7,27%

Analysis of the aromatic quality:

Identify the aromatic compound of 2 –acetyl – 1 – pyrroline at the 10,1thminute in laboratory condition

Conclude that the NTCD currently circulating on the market is counterfeit because they do not contain the homogeneous NTCD but get mixed up with other varieties instead

Realize the importance of the environment and growing condition to the aromatic characteristics of the NTCD The most aromatic productivity occurs when it is cultured at Cho Dao hamlet, especially at average field elevation, the lightly acid content and undrained before harvest

Danh sách các biểu đồ xvi

Danh sách các sơ đồ xvi

2.1 GIỚI THIỆU CHUNG VỀ HẠT LÚA – HẠT GẠO 3

2.1.1 Hệ thống phân loại cây lúa 3

2.2 LÚA THƠM ĐẶC SẢN VIỆT NAM 7

2.3 GIỚI THIỆU VỀ CÂY LÚA NÀNG THƠM CHỢ ĐÀO 8

2.3.1 Nguồn gốc 8

2.3.2 Đặc điểm nông học 8

2.3.3 Phẩm chất 9

2.3.4 Mùa vụ và chân đất phù hợp 10

2.4 NGHIÊN CỨU VỀ HÓA SINH CHẤT THƠM CỦA LÚA GẠO 11

2.4.1 Những hợp chất bay hơi có trong gạo thơm 11

2.4.2 Hợp chất thơm 2 – acetyl – 1 – pyrroline 13

2.5 CÁC YẾU TỐ MÔI TRƯỜNG VÀ ĐIỀU KIỆN GIEO TRỒNG ẢNH HƯỞNG ĐẾN CHẤT LƯỢNG MÙI THƠM 15

2.5.1 Nhiệt độ 15

2.5.2 Nơi gieo trồng 16

2.5.3 Phân bón 16

2.5.4 Tập quán gieo trồng 17

2.5.5 Cách bảo quản và xay xát 17

2.6 PHƯƠNG PHÁP VI CHIẾT XUẤT TRÊN PHA RẮN (SPME) 18

2.6.1 Nguyên tắc 18

2.6.2 Đặc điểm 18

2.6.3 Dụng cụ sử dụng cho kỹ thuật SPME 19

2.6.4 Các bước thực hiện trong kỹ thuật vi chiết xuất trên pha rắn 21

2.6.5 Ứng dụng phương pháp SPME trong chiết xuất hợp chất 2 – acetyl – 1 – pyrroline 21

3 VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 27

3.1 THỜI GIAN VÀ ĐỊA ĐIỂM TIẾN HÀNH 27

3.2 VẬT LIỆU, HÓA CHẤT VÀ THIẾT BỊ 27

3.3 NỘI DUNG NGHIÊN CỨU 28

3.4 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 28

3.4.1 Khảo sát đặc điểm hóa lý của gạo Nàng Thơm Chợ Đào 28

3.4.1.1 Hình dạng hạt gạo 28

3.4.1.2 Xác định tỉ lệ bạc bụng 28

3.4.2 Phân tích hàm lượng protein tổng số theo phương pháp Kjeldahl 29

3.4.3 Chiết xuất hợp chất bay hơi trong gạo thơm bằng phương pháp SPME 30

3.4.4 Định tính và định lượng hợp chất thơm 2 – AP trong gạo Nàng Thơm Chợ Đào bằng GC và GC/MS 31

3.4.4.1 Trên sắc ký khí 31

3.4.4.2 Trên sắc ký khí ghép khối phổ 32

3.4.5 Xác định hệ số phản hồi 32

3.4.5.1 Xác định hệ số phản hồi theo chất ngoại chuẩn collidine 32

3.4.5.2 Xác định hệ số phản hồi theo nồng độ hợp chất thơm 2 – AP trong gạo thơm Giano 33

3.4.6 Xác định nồng độ hợp chất thơm 2 – acetyl – 1 – pyrroline trong gạo Nàng Thơm Chợ Đào 33

3.4.7 Phương pháp xử lý thống kê 33

4 KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 34

4.1 HÌNH THỨC BÊN NGOÀI CỦA HẠT GẠO 34

4.1.1 Hình dạng và kích thước hạt gạo 34

4.1.2 Độ bạc bụng 36

4.2 TỈ LỆ GẠO NGUYÊN 38

4.3 PHÂN TÍCH HÀM LƯỢNG PROTEIN 40

4.4 THIÉT LẬP PHƯƠNG PHÁP SPME – GC 41

4.4.1 Xác định thời gian lưu của chất chuẩn collidine 41

4.4.2 Định tính hợp chất 2 – acetyl – 1 – pyrroline 45

4.4.3 Xác định hệ số phản hồi của hợp chất 2 – AP 49

4.4.3.1 Xác định hệ số phản hồi theo nồng độ chất chuẩn collidine 49 4.4.3.2 Xác định hệ số phản hồi theo nồng độ 2 – AP trong gạo Giano 50

4.5 SO SÁNH HÀM LƯỢNG CHẤT THƠM TRONG GẠO NTCĐ THU THẬP TỪ CHỢ VÀ CÁC LOẠI GẠO THƠM ĐƯỢC BÁN Ở THỊ TRƯỜNG CHÂU ÂU 51

4.6 SO SÁNH HÀM LƯỢNG 2 – AP TRONG MẪU GẠO NÀNG THƠM

CHỢ ĐÀO THU THẬP TỨ CHỢ VÀ TỪ RUỘNG 52

4.7 ĐÁNH GIÁ CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN HÀM LƯỢNG CHẤT THƠM 2 – AP TRONG GẠO NÀNG THƠM CHỢ ĐÀO CHÍNH GỐC 53

5 KẾT LUẬN VÀ ĐỀ NGHỊ 58

5.1 KẾT LUẬN 58

5.1.1 Tính chất hóa lý – hóa sinh của gạo Nàng Thơm Chợ Đào 58

5.1.2 Hàm lượng hợp chất thơm 2 – acetyl – 1 – pyrroline trong gạo Nàng Thơm Chợ Đào 58

5.2 ĐỀ NGHỊ 58

6 TÀI LIỆU THAM KHẢO 60

7 PHỤ LỤC 67

Phụ lục 1 Các hợp chất bay hơi có trong gạo thơm 67

Phụ lục 2 Bảng thống kê mẫu gạo sử dụng trong phân tích 68

Phụ lục 3 Khống chế các yếu tố ảnh hưởng 68

Phụ lục 4 Kết quả đo các chỉ tiêu hóa lý của gạo Nàng Thơm Chợ Đào 71

Phụ lục 5 Sắc ký đồ GC phân tích các chất bay hơi trong gạo Basmati 73

Phụ lục 6 Sắc ký đồ GC phân tích các chất bay hơi trong gạo Thái Lan 73

Phụ lục 7 Sắc ký đồ GC phân tích hợp chất thơm 2 – AP trong mẫu gạo M10 73

Phụ lục 8 Sắc ký đồ GC phân tích hợp chất thơm 2 – AP trong mẫu gạo SM14 74 Phụ lục 9 Nồng độ 2 – AP trung bình trong các mẫu gạo phân tích 74

Phụ lục 10 Sơ đồ các yếu tố ảnh hưởng đến hàm lượng 2 – AP trong gạo

NTCĐ 75

Phụ lục 11 Hàm lượng 2 – AP trong các mẫu gạo NTIAS 76

Phụ lục 12 Bảng ANOVA so sánh nồng độ 2 – AP giữa mẫu gạo thu thập từ chợ, mẫu gạo IAS và mẫu gạo VL 77

DANH SÁCH CÁC CHỮ VIẾT TẮT

GC/MS (Gas chromatography/mass spectrum): sắc ký khí ghép khối phổ

HPLC (High pressure liquid chromarography): sắc ký lỏng cao áp

LC/MS (liquid chromarography/mass spectrum): sắc ký lỏng ghép khối phổ

DANH SÁCH CÁC BẢNG

Bảng 2.1 Phân loại kích thước hạt gạo 4 Bảng 2.2 Phân loại hình dạng hạt gạo 5 Bảng 2.3 Phân loại diện tích bạc bụng 6 Bảng 2.4 Các yếu tố ảnh hưởng đến việc hình thành và lưu giữ mùi thơm trong gạo thơm 18 Bảng 3.1 Bảng thống kê số lượng mẫu lấy tại các địa điểm 27 Bảng 4.1 Kết quả thống kê so sánh các chỉ tiêu hình dạng và kích thước hạt gạo của 2 loại mẫu chợ và IAS 34 Bảng 4.2 Diện tích bạc bụng của mẫu IAS và chợ 36 Bảng 4.3 Kết quả thống kê so sánh độ bạc bụng của mẫu gạo từ chợ và ruộng 37 Bảng 4.4 Kết quả thống kê so sánh tỉ lệ gạo nguyên của các mẫu gạo thu thập từ ruộng và từ chợ 38 Bảng 4.5 Hàm lượng protein trong gạo 40 Bảng 4.6 Kết quả phân tích thống kê hàm lượng protein trong gạo 40 Bảng 4.7 Thời gian lưu, diện tích và chiều cao của chuẩn collidine 0,001 mg/ml 41 Bảng 4.8 Thời gian lưu, diện tích, chiều cao của chất chuẩn collidine ở mỗi nồng độ 43 Bảng 4.9 Thời gian lưu (phút) của hexanal, nonanal có trong mẫu gạo Thái Lan và Basmati chạy trên GC và GC/MS 48 Bảng 4.10 Hệ số phản hồi của chất chuẩn collidine 49 Bảng 4.11 Nồng độ 2 – AP trong mẫu gạo thơm bán trên thị trường 50 Bảng 4.12 Nồng độ 2 – AP trung bình trong mẫu gạo thơm bán trên thị trường 50 Bảng 4.13 Nồng độ hợp chất thơm 2 – AP trong gạo Nàng Thơm Chợ Đào 52 Bảng 4.14 Hàm lượng 2 – AP thu được khi chiết xuất bằng phương pháp SPME 53

Bảng 4.15 Các yếu tố ảnh hưởng đến tính thơm của gạo Nàng Thơm Chợ Đào 55

DANH SÁCH CÁC HÌNH

Hình 2.1 Hạt lúa 3

Hình 2.2.Phân loại kích thước hạt gạo 5

Hình 2.3 Phân loại hình dạng hạt gạo 5

Hình 2.4 Cấu trúc hóa học của 2 – AP 13

Hình 2.5 Phổ đồ hợp chất 2 – acetyl – 1 – pyrroline 13

Hình 2.6 Cấu tạo sợi chiết dùng trong kỹ thuật SPME 19

Hình 2.7 Dụng cụ thực hiện kỹ thuật SPME 20

Hình 2.8 Các kỹ thuật chiết dùng trong phương pháp SPME 21

Hình 2.9 Sơ đồ thiết bị sắc ký khí detector ion hóa ngọn lửa FID 23

Hình 2.10 Sơ đồ cấu tạo hình học của detector ion hóa ngọn lửa 23

Hình 4.2 Mẫu gạo IASM20B 35

Hình 4.3 Mẫu gạo ở chợ có diện tích bạc bụng cao nhất (M11) 36

Hình 4.4 Mẫu gạo ở ruộng có diện tích bạc bụng cao nhất (IASM8) 36

Hình 4.5 Mẫu gạo ở chợ có diện tích bạc bụng thấp nhất (M7) 37

Hình 4.6 Mẫu gạo ở ruộng có diện tích bạc bụng thấp nhất (IASM13) 37

Hình 4.7 Mẫu gạo IASM4 38

Hình 4.8 Mẫu gạo IASM15 38

Hình 4.9 Sắc ký đồ GC phân tích thành phần hóa học của collidine (nồng độ 0,001mg/ml) 42

Hình 4.10 Sắc ký đồ GC phân tích thành phần hóa học của collidine (nồng độ 0,002 mg/ml) 43

Hình 4.11 Sắc ký đồ GC – MS phân tích các hợp chất bay hơi có trong mẫu gạo

DANH SÁCH CÁC BIỂU ĐỒ

Biểu đồ 4.1 Chiều dài hạt của mẫu thu thập từ chợ và từ ruộng 34 Biểu đồ 4.2 Tỉ lệ bạc bụng của mẫu gạo IAS và chợ 36 Biểu đồ 4.3 Mối tương quan giữa tỉ lệ hạt vỡ/chiều dài trung bình và tỉ lệ hạt vỡ/chiều dài tối đa 39 Biểu đồ 4.4 Mối tương quan giữa chiều dài hạt gạo và tỉ lệ gạo nguyên 39 Biểu đồ 4.5 So sánh hàm lượng protein giữa các mẫu gạo Nàng Thơm Chợ Đào40 Biểu đồ 4.6 Mối tương quan giữa chiều cao và nồng độ của chuẩn collidine 43 Biểu đồ 4.7 Mối tương quan giữa diện tích và nồng độ của chuẩn collidine 43

DANH SÁCH CÁC SƠ ĐỒ

Sơ đồ 3.1 Qui trình phân tích hàm lượng protein trong gạo 29 Sơ đồ 3.2 Qui trình phân tích hợp chất bay hơi trong gạo thơm bằng phương pháp SPME 30

Phần 1 MỞ ĐẦU 1.1 ĐẶT VẤN ĐỀ

Theo thống kê nông nghiệp của FAO, các loại lương thực truyền thống chủ yếu được sản xuất và tiêu thụ trên thế giới bao gồm 5 loại cụ thể: lúa gạo, lúa mì, ngô, kê,

lúa mạch Trong số các loại kể trên, lúa mì và lúa gạo (Oryza sativa L.) là hai loại

lương thực cơ bản dùng cho con người Theo tính toán của FAO, đến năm 2001, sản lượng lúa gạo sản xuất ra trên toàn thế giới có thể duy trì sự sống cho 3.260 triệu người, chiếm trên 53% dân số thế giới [9]

Từ 1989 trở lại đây, Việt Nam trở thành một trong những nước xuất khẩu gạo hàng đầu thế giới Năm 2003, các nước xuất khẩu gạo chính (tính theo triệu tấn) bao gồm: Thái Lan (8,0), Việt Nam (4,0), Mỹ (3,0) (FAO, 2005) [30] Tuy sản xuất với số lượng nhiều, nhưng chất lượng và giá gạo xuất khẩu của Việt Nam thường thấp hơn so với một số nước như Thái Lan, Mỹ, đặc biệt có sự chênh lệch lớn ở loại gạo đặc sản và gạo cao cấp

Từ cái nôi của nền văn minh lúa nước xa xưa, gạo đặc sản Việt Nam đã có những loại nổi tiếng như Tám thơm, Tám xoan, Dự hương, Nếp cái hoa vàng…từng một thời phục vụ chủ yếu cho vua quan quí tộc Nét nổi bật của gạo đặc sản quí hiếm là hạt cơm dẻo, mềm, vị đậm và ngon, tinh bột cao cấp amilopectin chiếm tới 80%, giá trị dinh dưỡng cao, dễ hấp thụ, đặc biệt khi nấu, dưới tác dụng của nhiệt độ, hơi bốc từ nồi cơm tỏa mùi thơm ngào ngạt, ngon lành khiến người ở xa 20 – 30 m cũng dễ nhận biết được thứ hương thơm độc đáo, gợi cảm này [9]

Nàng Thơm Chợ Đào là giống gạo thơm truyền thống nổi tiếng của khu vực đồng bằng sông Cửu Long Mặc dù giống lúa này chỉ được gieo trồng ở một vài ấp của huyện Cần Đước (tỉnh Long An), nhưng loại gạo được dán nhãn Nàng Thơm Chợ Đào lại được bán khắp nơi trên thị trường thành phố Hồ Chí Minh và khu vực đồng bằng sông Cửu Long với giá đắt hơn nhiều so với những loại gạo thông thường khác Có nhiều ý kiến cho rằng loại gạo được gọi là Nàng Thơm Chợ Đào đang được lưu hành trên thị trường hiện nay đã bị trộn lẫn với những giống gạo khác, hay thậm chí chúng hoàn toàn không chứa giống gạo Nàng Thơm Chợ Đào

Xuất phát từ hiện trạng này, được sự phân công của bộ môn Công Nghệ Sinh Học, dưới sự hướng dẫn của thầy TS Phan Phước Hiền (NLU), TS Frédéric Gay (CIRAD), TS Christian Metres (CIRAD), chúng tôi thực hiện đề tài “Khảo sát các

đặc điểm hóa lý – hóa sinh và phân tích chất lượng mùi thơm của gạo Nàng Thơm Chợ Đào bằng kỹ thuật SPME - GC”

1.2 MỤC ĐÍCH VÀ YÊU CẦU 1.2.1 Mục Đích

Khảo sát các đặc điểm hóa lý – hóa sinh, so sánh chất lượng mùi thơm trong gạo Nàng Thơm Chợ Đào thu thập từ ruộng của nông dân và mẫu gạo đang lưu hành trên thị trường thành phố Hồ Chí Minh bằng phương pháp vi chiết xuất trên pha rắn (SPME) kết hợp với sắc ký khí (gas chromatography – GC)

1.2.2 Yêu Cầu

 Khảo sát các tính chất hóa lý, hóa sinh của gạo Nàng Thơm Chợ Đào

 Thực hiện qui trình phân tích các chất tạo mùi thơm trong gạo Nàng Thơm Chợ Đào bằng phương pháp SPME – GC

Phần 2 TỔNG QUAN TÀI LIỆU 2.1 GIỚI THIỆU CHUNG VỀ HẠT LÚA – HẠT GẠO

2.1.1 Hệ thống phân loại cây lúa [6]

Lúa thuộc: Ngành Thực vật có hoa: Angiospermae Lớp một lá mầm: Monocotyledones

Bộ Hòa thảo có hoa : Poales (Graminales) Họ Hòa thảo: Poaceae (Gramineae)

Họ phụ Hòa thảo ưa nước: Pryzoideae

Chi Lúa: Oryza

Loài Lúa trồng: Oryza sativa Loài phụ:

 Subsp: japonica: Loài phụ Nhật Bản  Subsp: indica: Loài phụ Ấn Độ

 Subsp: javanica: Loài phụ Java

Phôi nhũ gồm có lớp aleurone và phôi nhũ tích tụ tinh bột

Mầm cây gồm có phôi (mầm) lá, phôi rễ và trụ phôi giữa ở phần dưới của hạt

Hình 2.1 Hạt lúa [77]

2.1.3 Chất lượng hạt gạo

Theo Juliano (1985) [37], chất lượng gạo ăn được đánh giá theo 4 nhóm chỉ tiêu Hình thức bên ngoài của hạt gạo: dạng hạt, màu sắc, độ trong, độ bóng Chất lượng xay xát: tỉ lệ gạo trắng, gạo nguyên, tỉ lệ tấm

Chất lượng cơm: hàm lượng amylose, nhiệt độ hóa hồ, độ bền thể gel, độ nở cơm

Chất lượng dinh dưỡng: hàm lượng protein, hàm lượng lipid, đường

2.1.3.1 Hình thức bên ngoài của hạt gạo

Hình thức bên ngoài của hạt gạo là tiêu chuẩn quan trọng đối với người tiêu dùng Do đó, kích thước và dạng hạt là tiêu chí đầu tiên về chất lượng hạt gạo mà người trồng lúa quan tâm để phát triển giống lúa mới (Adair và ctv, 1966) [11] Sở thích về kích thước và dạng hạt khác nhau tùy theo nhóm người tiêu dùng Gạo có dạng hạt dài hầu hết được ưa chuộng ở tiểu lục địa India, nhưng ở vùng Đông Nam Á, người dân lại thích loại gạo có chiều dài trung bình Ở vùng ôn đới, những giống gạo hạt ngắn phổ biến hơn Nhìn chung ở thị trường quốc tế, giống gạo hạt dài được ưa thích nhất [57] Tỉ lệ dài rộng trong khoảng 2,5 đến 3,0 và chiều dài hạt gạo khoảng 6 mm được chấp nhận rộng rãi trên thị trường quốc tế (Kaul, 1970) [38]

Các giống gạo khác nhau có thể được xếp vào những nhóm khác nhau dựa trên 2 đặc điểm: chiều dài và dạng hạt Hình dạng của hạt gạo được xác định dựa trên tỉ lệ giữa chiều dài và bề ngang hạt gạo [57]

Có rất nhiều cách khác nhau để phân loại hình dạng và kích thước hạt gạo Bảng 2.1 và 2.2 là một trong những cách phân loại thường được sử dụng

Bảng 2.1 Phân loại kích thước hạt gạo

Bảng 2.2 Phân loại hình dạng hạt gạo

Hình 2.2 Phân loại kích thước hạt gạo Hình 2.3 Phân loại hình dạng hạt gạo

Hình thức bên ngoài còn được đánh giá bởi độ bạc bụng của hạt gạo Một vài loại gạo thường hay bị nứt ở vị trí “mắt” hay chỗ lõm của phôi khi xay xát Những mẫu gạo này thường có giá trị thấp trên thị trường Tương tự, độ bạc bụng càng cao thì giá trị kinh tế càng thấp Người tiêu dùng ưa thích loại gạo có phần nội nhũ trong mờ, và sẵn sàng chi số tiền cao hơn để mua chúng, mặc dù vết bạc bụng sẽ mất đi sau khi nấu và hiện tượng bạc bụng này không ảnh hưởng đến chất lượng cơm gạo [57] Tuy nhiên độ bạc bụng làm giảm chất lượng xay xát và hình thức bên ngoài của hạt gạo [2] Trong những vùng bị bạc bụng, số lượng hạt tinh bột ít hơn so với những vùng khác Vì vậy, vùng bị bạc bụng sẽ không cứng bằng và những hạt bị bạc bụng sẽ dễ bị nứt hơn khi xay xát so với những hạt không bị bạc bụng [57] Hạt gạo có xu hướng bị gãy tại điểm có vết đục, làm giảm tỉ lệ gạo nguyên, giảm giá trị thương phẩm của lúa gạo So với các hạt tinh bột ở phần trắng trong, các phần tinh bột ở phần bạc trắng được xếp đặt thưa thớt và lỏng lẻo hơn và có những khoảng trống chứa không khí nên độ cứng thấp và dòn dễ gãy khi xay xát [2] Del Rosario và ctv (1965) [27] cũng cho rằng những hạt bac bụng bị gãy vỡ nhiều là do cấu trúc không đồng nhất của các hạt tinh bột

Tỉ lệ bạc bụng được đánh giá dựa trên bảng 2.3

Bảng 2.3 Phân loại diện tích bạc bụng

Theo Khush và ctv (1979) [39], tỉ lệ gạo nguyên là tính trạng được kiểm soát bởi đa gen và chịu sự tác động lớn của các điều kiện môi trường, đặc biệt là nhiệt độ và độ ẩm của môi trường trước và sau thu hoạch Cấu trúc và hướng sắp xếp các tế bào nội nhũ đã tạo ra những đường chia tách ngang trong hạt (Srinivas và ctv, 1978) [59] Những hạt đã khô nếu đột ngột hút ẩm cũng có thể tạo ra các vết rạn dọc trong hạt và tạo nên mảnh vỡ nhỏ khi xay xát (Bhattacharya, 1980) [15] Khi bị ẩm trở lại, hạt càng khô bị vỡ càng nhiều

Tỉ lệ gạo nguyên thay đổi nhiều tùy theo bản chất giống và phụ thuộc nhiều vào điều kiện ngoại cảnh như nhiệt độ, độ ẩm khi lúa chín và điều kiện bảo quản phơi sấy sau thu hoạch (Lê Doãn Diên, 1990) [2] Huysmans (1965) [35] cho rằng sự rạn nứt hạt thường do nắng nóng, sự thay đổi nhanh của độ ẩm không khí, những bất thuận về môi trường trong quá trình chín của hạt và thu hoạch trễ trong vụ nắng làm hạt có độ ẩm thấp

Tỉ lệ gạo nguyên cũng phụ thuộc vào hàm lượng protein trong hạt (Lê Doãn Diên, 1990) [2] Các giống có hàm lượng protein dưới 6% có tỉ lệ gạo vỡ rất lớn và ngược lại (CFTRI, 1985) [23]

2.1.3.3 Hàm lượng protein

Có sự biến động lớn về thành phần protein giữa các giống lúa Hàm lượng protein của tổng số 17.587 giống trong bộ sưu tập của viện lúa IRRI với hàm lượng từ 4,3% đến 18,2%, bình quân là 9,5% (trích bởi Đỗ Khắc Thịnh, 2003) [8]

Theo Gomez và De Datta (1975) [31], có sự tác động rất lớn của môi trường đến sự hình thành và tích lũy protein của lúa gạo Hàm lượng protein của gạo có xu hướng thấp khi bức xạ ánh sáng mạnh xảy ra ở giai đoạn phát triển của hạt Vì vậy, trong điều kiện nhiệt đới, hàm lượng protein trong hạt thường thấp trong mùa khô và cao hơn trong mùa mưa Nhiệt độ trong thời gian chín cũng ảnh hưởng đến hàm lượng protein trong hạt nhưng thay đổi tùy theo nhóm giống

Kỹ thuật canh tác cũng có những ảnh hưởng lớn đến hàm lượng protein của gạo Hàm lượng protein cao khi trồng thưa hơn và có đầy đủ đạm cho cây lúa Khi cung cấp thêm đạm, thường làm tăng hàm lượng protein trong hạt và tăng hàm lượng protein cao nhất khi bón đạm ở giai đoạn trổ bông (De Datta và ctv, 1972) [26]

Hàm lượng protein hạt tăng lên khi có sự kiểm soát nước hợp lý và làm cỏ kịp thời, có lẽ do hiệu quả sử dụng đạm cao hơn khi trong điều kiện kiểm soát được nước tưới và cỏ dại (trích bởi Đỗ Khắc Thịnh, 2003) [8]

Krupp và ctv (1972) [41] cho biết năng suất và hàm lượng protein giảm khi sự khủng hoảng độ ẩm đất tăng, cho nên làm giảm sự hút đạm của rễ lúa

Hàm lượng protein bị ảnh hưởng do thời điểm gặt lúa khác nhau, hàm lượng protein thấp khi gặt sớm và tăng lên tới đỉnh cao tại thời điểm 30 ngày sau khi trổ

Nhiều tác giả cho rằng có sự tương quan nghịch giữa hàm lượng protein và năng suất hạt (Ericksson, 1968) [29] Đối với hầu hết các giống lúa, nếu năng suất hạt tăng cao thì hàm lượng protein có xu thế giảm Tuy vậy sự tương quan này còn phụ

thuộc vào nhiều yếu tố môi trường bên cạnh yếu tố di truyền

2.2 LÚA THƠM ĐẶC SẢN VIỆT NAM

Là một quốc gia nông nghiệp, với cái nôi là nền văn minh lúa nước, lúa gạo Việt Nam từ ngàn xưa đã có những loại nổi tiếng như Tám Thơm, Tám Xoan, Dự Hương, Nàng Thơm Chợ Đào Những chủng loại đó hiện nay vẫn được sự ưa chuộng của thị trường trong nước và đã chiếm lĩnh được một phần thị trường thế giới Bên cạnh đó, cũng có nhiều giống lúa thơm được du nhập vào Việt Nam như Basmati 370,

Basmati mutant (Ấn Độ), Khao Dawk Mali (Thái Lan), Jasmine 85 (Mỹ)…góp phần làm đa dạng thị trường lúa gạo Việt Nam (Trần Văn Đạt, 2002) [3]

Các giống lúa thơm địa phương có những đặc điểm chung là thời gian sinh trưởng dài, phản ứng chặt với ánh sáng ngày ngắn, chỉ cấy được một vụ trong năm, mức thâm canh trung bình hoặc thấp, dễ nhiễm một số loại sâu bệnh và dễ đổ ngã Các giống này có tính thích nghi cao trong những điều kiện nhất định, đặc biệt là điều kiện khó khăn: hạn, úng, mặn, phèn Nhóm giống đặc sản có đặc tính quí là có phẩm chất tốt, gạo trắng, hạt thon dài, cơm dẻo, ngọt, thơm Nhiều giống lúa mùa có tỉ lệ gạo trắng, cũng như tỉ lệ gạo nguyên cao hơn các giống lúa cao sản [8] Mùi thơm của các giống lúa thơm thường tùy thuộc vào điều kiện môi trường như đất đai, khí hậu [3]

Hiện nay hầu hết các giống đã bị lẫn tạp nhiều, chất lượng cơm gạo, đặc biệt là độ thơm dẻo và năng suất bị giảm Thương hiệu gạo đặc sản của nước ta trên thị trường quốc tế chưa có Lâu nay, người dân sản xuất lúa thơm chủ yếu dựa vào kinh nghiệm, vì chưa có những qui trình kỹ thuật sản xuất lúa thơm đặc sản chính thức được phổ biến đến người nông dân [8]

2.3 GIỚI THIỆU VỀ CÂY LÚA NÀNG THƠM CHỢ ĐÀO 2.3.1 Nguồn gốc [4]

Xuất xứ lâu đời tại xã Mỹ Lệ, huyện Cần Đước, tỉnh Long An Giống được trồng ở một số nơi của tỉnh Long An, Tiền Giang và TP Hồ Chí Minh Tuy vậy, hương vị sẽ bị giảm nếu đem trồng ở nơi khác xuất xứ của giống

2.3.3 Phẩm chất

 Về dạng hạt [4, 8]

Nàng Thơm Chợ Đào có 3 dạng chính: dạng đuôi cong (54,4%), dạng hạt thẳng (36,3%), và dạng trung gian (9,3%) Hạt gạo dài 6,7 - 7,0 mm; rộng 2,0 – 2,1 mm

Theo một số nhận xét của nông dân địa phương, dạng hạt đuôi cong có ưu thế về phẩm chất (mùi thơm), nhưng dạng hạt thẳng có ưu thế hơn về mặt năng suất Ngay trên cùng một bông lúa, các hạt đuôi cong thường tập trung ở nhiều ở hạt đầu gié bông, các hạt có dạng thẳng thường tập trung ở giữa và cuối gié

 Về phẩm chất gạo [4, 8]

Hầu hết nông dân và hàng xáo kinh doanh lúa gạo trong vùng (96,6%) đều cho rằng lúa Nàng Thơm Chợ Đào trồng tại Cần Đước, đặc biệt chính gốc xã Mỹ Lệ, Cần Đước, Long An có mùi thơm, độ dẻo và màu trắng tốt nhất Cơm thơm bền, dẻo, kể cả sau khi nguội 12 giờ Độ hóa hồ cấp 3 – 4

Kết quả điều tra cho thấy những năm có điều kiện thời tiết bất thuận, đặc biệt cuối vụ có đợt mưa nhiều, độ thơm của cơm, gạo giảm mạnh, tính thơm còn bị ảnh hưởng bởi điều kiện địa hình ruộng cao - thấp khác nhau, lúa thơm hơn ở những chân ruộng cao và giảm dần ở chân ruộng thấp

 Tỉ lệ gạo nguyên

Tỉ lệ gạo nguyên là chỉ tiêu được các thương gia đặc biệt chú ý vì nó không chỉ có ảnh hưởng đến giá thành của gạo thành phẩm, mà còn phản ánh chất lượng của gạo xay chà Theo Đỗ Khắc Thịnh (2003) [8], tỉ lệ gạo nguyên của gạo Nàng Thơm Chợ Đào biến động từ 41 – 53% Trong cùng điều kiện thí nghiệm, các dòng chọn lọc có tỉ lệ gạo nguyên khác nhau, chủ yếu do tác động bởi yếu tố di truyền, hoặc do tương tác giữa yếu tố di truyền và ngoại cảnh Giống Nàng Thơm Chợ Đào có dạng thon dài và tỉ lệ đục giữa khá cao, vì vậy tỉ lệ gạo nguyên thuộc loại trung bình khá (45 – 50 %) Với tỉ lệ này, Nàng Thơm Chợ Đào cũng không thuộc loại ngoại lệ so với các nhận xét của các tác giả về sự tương quan giữa dạng hạt và tỉ lệ gạo nguyên của cây lúa

 Tỉ lệ chiều dài/rộng của hạt [8]

Gạo Nàng Thơm Chợ Đào thuộc nhóm thon dài, tỉ lệ này biến động từ 3,40 đến 3,94 Về mặt dạng hạt, giống Nàng Thơm Chợ Đào rất thích hợp cho thị trường Đông Nam Á

 Độ đục hạt gạo

Nàng Thơm Chợ Đào là loại gạo có đặc điểm: hạt gạo trong, một số hạt có vết đục giữa thân hạt gạo [4]

Theo Đỗ Khắc Thịnh (2003) [8], tỉ lệ bạc bụng biến động từ 0 đến 17%, dòng cho tỉ lệ bạc bụng cao nhất đạt 17% Hiện tại chưa có những nghiên cứu di truyền về đặc tính đục giữa của hạt gạo Về độ bạc bụng, những yếu tố ảnh hưởng đến quá trình tổng hợp tích lũy chất khô ở hạt trong giai đoạn hạt vào chắc, làm mẩy cũng có ảnh hưởng đến độ chặt, độ nén của các hạt tinh bột và sẽ gây ra bạc bụng ở gạo (Bangwaek và ctv, 1994) [13] Với cùng một điều kiện môi trường, nhưng có sự khác nhau giữa các dòng chọn lọc về độ bạc bụng đáng kể thể hiện tác động của yếu tố di truyền hay hiệu quả của chọn lọc đối với độ bạc bụng của hạt [8]

Tập quán người dân Nam Bộ rất ưa chuộng gạo Nàng Thơm, Nàng Hương, Tài Nguyên có vết đục giữa Người ta cho rằng loại gạo này cho cơm thơm hơn, mềm và xốp cơm hơn so với loại gạo hạt trong (Đỗ Khắc Thịnh, 2001) [7]

Nàng Thơm Chợ Đào được trồng chủ yếu ở các huyện ven biển thuộc phía Nam tỉnh Long An, tập trung tại Cần Đước, Tân Trụ, Thủ Thừa Hai huyện Cần Đước và Tân Trụ nơi trồng nhiều lúa thơm trên các loại đất bị nhiễm phèn với tỉ lệ 40,4% và nhiễm mặn là 28,1%, nhiễm cả phèn và mặn là 14%

Về mặt địa hình, Cần Đước và Tân Trụ có đất ruộng tương đối bằng phẳng (63,1%), một số ruộng nghiêng (21,6%), có rất ít ruộng trũng và gò Theo đánh giá của một số hộ điều tra tại Cần Đước, đất đồng cao và đồng thấp cũng có sự khác nhau về mùi thơm của cơm gạo Qua đánh giá thực tế, ruộng cao và thấp không chỉ khác nhau về địa hình mà còn khác nhau về lý hóa tính của đất đặc biệt về pH, hàm lượng Al3+

, Fe2+, Fe3+

2.4 NGHIÊN CỨU VỀ HÓA SINH CHẤT THƠM CỦA LÚA GẠO 2.4.1 Những hợp chất bay hơi có trong gạo thơm

Nghiên cứu đầu tiên về gạo thơm đã được thực hiện bởi Yajima và ctv (1979) [72] Họ đã xác định được 114 thành phần có trong gạo thơm, trong đó có 21 acid, 14 ester của các acid béo, 15 alcohol, 18 aldehyde, 17 ketone, 18 hydrocarbon và một vài hợp chất vòng khác như pyridine và furan Khi so sánh gạo thông thường với gạo thơm, Yajima đã rút ra kết luận: trong gạo thông thường hàm lượng 4 – vinylphenol, 1 – hexanol và 1 – hexanal cao hơn so với gạo thơm, nhưng lại có hàm lượng indole ít hơn Hơn nữa, gạo thơm còn có 1 thành phần chưa xác định được và α – pyrrolidone là những chất không được tìm thấy trong gạo thông thường [72]

Những hợp chất bay hơi trong gạo được xác định bằng cách thu thập những chất bay hơi, phân tách bằng sắc ký và sau đó xác định những thành phần này bằng sắc ký khối phổ (GC/MS) [57]

Tsuzuki và ctv (1981) [66] và Buttery và ctv (1983b) [19] đã phân tích những thành phần bay hơi có trong cơm nấu từ gạo thơm Kết quả là họ đã nhận biết được 114 chất (phụ lục 1) Tuy nhiên, theo đánh giá, không có thành phần bay hơi riêng lẻ nào đặc trưng cho gạo thơm chưa chế biến [16] Năm 1988, Buttery và ctv [21] đã xác định được những thành phần chính tạo nên mùi thơm của gạo thơm hạt dài California là 2 – acetyl – 1 – pyrroline; (E,E) – deca – 2,4 – dienal; nonanal; hexanal; (E) –– non – 2 – enal; octanal; decanal; 4 – vinyl – guaiacol và 4 – vinylphenol

Buttery và ctv (1983a) [18] đã phân tích 2 – acetyl – 1 – pyrroline ở điều kiện áp suất hơi nước đối với những giống gạo khác nhau Thí nghiệm này chỉ thực hiện trên gạo đã chế biến chứ không thí nghiệm trên gạo thô, vì thế, Tsugita (1985 - 1986) [65] đã tỏ ý hoài nghi rằng có thể chất này được hình thành trong quá trình nấu nướng Suvarnalatha và ctv (1994) [60] đã nuôi cấy mô sẹo giống lúa Basmati và so sánh những thành phần bay hơi từ những cây lúa đó với những thành phần bay hơi trong những cây lúa Basmati thông thường và rút ra kết luận rằng những chất này là tương tự nhau Tuy nhiên, họ đã không tìm thấy 2 – AP trong mô sẹo hay trong cơm gạo Có thể là do phương pháp sử dụng chưa đủ nhạy

Tiến hành so sánh những chất bay hơi có trong gạo thông thường và gạo thơm, Widjaja và ctv (1996) [68] đã đã xác định được 70 chất và mô tả mùi thơm hầu hết những chất đó Những chất bay hơi chính trong gạo thơm là các alkanal; alk – 2 – enal;

alka(E) – 2,4 – dienal; 2 – pentylfuran; 2 – acetyl – 1 – pyrroline và 2 – phenylethanol Những giống gạo thông thường chứa nhiều n-hexanal, (E) – 2 – heptanal, 1 – octen – 3 – ol, n – nonanal, (E) – 2 – octenal, (E) – 2 - (E) – 4 – decadienal, 2 – pentylfuran, 4 – vinylguaiacol và 4 – vinylphenol hơn so với gạo thơm Kim (1991) [40] đã xác định trong gạo thơm có 16 loại hydrocarbon, 15 alcohol

Lorieux và ctv (1996) [42] đã phân tích mẫu gạo của 2 giống lúa Azucena (thơm) và IR64 (không thơm), phân tích định lượng của 15 hợp chất chính liên quan đến 2 giống trên Kết quả không tìm thấy chất 2 – acetyl – 1 – pyrroline trong giống IR64 Xử lý thống kê cho thấy các chất sau có sự khác biệt giữa giống lúa thơm và không thơm: pentanol; 2 – acetyl – 1 – pyrroline; benzaldehyde; octanol; pentadecan – 2 – one; 6,10,14 – trimethylpentadecan – 2 – one và hexanol

Khi so sánh nồng độ các cấu tử bay hơi thu được trong quá trình chiết xuất gạo thơm, Petrov và ctv (1996) [46] đã xác định được 9 thành phần có sự khác biệt rõ rệt về nồng độ giữa loại gạo thơm và gạo thông thường: pentanol; hexanol; 2 – acetyl – 1 – pyrroline; (E) – hept – 2 – enal; benzaldehyde; octanal; pentadecan – 2 – one; 6,10,14 – trimethylpentadecan – 2 – one và hexadecanol Trong số 9 hợp chất trên, pentadecan – 2 – one thể hiện mối tương quan nghịch với những hợp chất khác, và là thành phần đặc trưng trong giống gạo thông thường (IR64) còn 6 hợp chất góp phần tạo mùi thơm trong gạo thơm: hexanal, octanal, nonanal, (E) – non – 2 – enal, (E,E) – deca – 2,4 – dienal và 2 – acetyl – 1 – pyrroline

Theo Paule C M và Powers J J (1989) [45], hàm lượng hexanol tương quan nghịch với chất lượng mùi thơm trong gạo, trong khi đó, 2 – acetyl – 1 – pyrroline lại tương quan thuận Kết quả nghiên cứu này một lần nữa chứng minh kết luận của Buttery và ctv (1983a) [18] rằng 2 – acetyl – 1 – pyrroline là thành phần chính chịu trách nhiệm cho mùi thơm đặc trưng trong gạo thơm là đúng đắn

Theo Widjaja và ctv (1996) [68], thành phần chính trong tất cả các loại gạo là hexanal Khác biệt cơ bản giữa gạo thơm và gạo thông thường là gạo thông thường chứa hàm lượng hexanal, heptanal; 6 – methyl – 5 – hepten – 2 – one; (E) – 2 – heptenal; 1 – octen – 3 – ol; nonanal; (E) – 2 – octenal và (E) – 2, (E) – 4 – decadienal nhiều hơn so với gạo thơm

Các thành phần hóa sinh góp phần tạo phát triển mùi thơm, nhưng khả năng hình thành mùi thơm của cây còn phụ thuộc vào yếu tố di truyền, môi trường, dinh

dưỡng và điều kiện lưu trữ (Simon và ctv, 1980; Paillard, 1981) [54, 44] Do đó, sự khác biệt giữa mùi thơm trong gạo thơm và gạo thông thường không thể chỉ dựa trên các thành phần hóa sinh (như acid béo, amino acid, đường hay sắc tố) của mỗi giống [46]

Hiện nay có 2 quan điểm về thành phần chất thơm của lúa gạo Quan điểm thứ nhất cho rằng chất thơm được tạo ra từ các hợp chất aldehyde (CHO) và keton (C=O) và các hợp chất với lưu huỳnh (Ayano và Tsuzuki, 1976) [12] Quan điểm thứ 2 cho rằng chất thơm lúa gạo, do vòng pyrrol kiểm soát tính thơm của chất 2-acetyl-1-pyrrolinr (Buttery và ctv, 1983a) [18]

2.4.2 Hợp chất thơm 2 – acetyl – 1 – pyrroline

Hình 2.4 Cấu trúc hóa học của 2 – AP

2 – acetyl – 1 – pyrroline, một hợp chất thơm có mùi tương tự như mùi bắp nổ, được đánh giá là một thành phần chất thơm quan trọng trong các giống gạo thơm do đặc tính giữ mùi lâu hơn so với các thành phần bay hơi khác trong gạo [18, 21] Buttery và ctv (1983a) [18] đã chiết xuất 2 – AP và những hợp chất bay hơi khác từ gạo bằng cách sử dụng hệ thống Likens – Nickerson (SDE) Sản phẩm thu được được phân tích bằng GC/MS Sau đó, họ đã định lượng 2 – AP bằng máy sắc ký khí với đầu dò FID [20]

Hình 2.5 Phổ đồ hợp chất 2 – acetyl – 1 – pyrroline (A: Tanchotikul and Hsieh, 1991;

B: Varaporn và Sarath, 1993) [63, 67]

Năm 1983, Buttery và ctv [18] đã nghiên cứu 7 giống lúa thơm Trong số các thành phần xác định bằng phương pháp sắc ký khí, hợp chất 2 – acetyl – 1 – pyrroline đã tìm thấy và có mùi tương tự như mùi thơm của cơm Ngưỡng mùi thơm của chất

này trong nước là 0,1μg.L-1

và mùi thơm tích lũy tương tự như loại bắp nổ (pop corn)

Theo Buttery và ctv (1982, 1983a) [17, 18], 2 – acetyl – 1 – pyrroline là thành phần

chính trong hỗn hợp các chất thơm có trong gạo thơm, góp phần cấu thành nên hương thơm của gạo Do đó, có thể cho rằng thành phần chính dùng để nhận biết sự khác biệt về mùi giữa gạo thông thường và gạo thơm là 2 – acetyl – 1 – pyrroline

Buttery và ctv (1983a) [18] nhận thấy rằng, các giống gạo thơm chứa 0,04 – 0,09 ppm 2 – acetyl – 1 – pyrroline trong khi các giống gạo thông thường chứa lượng thấp hơn khoảng 10 lần (< 0,006 đến < 0,008 ppm) Họ đã công bố những chất thơm này chỉ được tìm thấy trong quá trình nấu nướng mà không đươc phát hiện trong gạo thô Nhưng theo Yoshihashi (2002) [74], hợp chất thơm 2 – AP không phải được hình thành trong quá trình nấu nướng hay do điều kiện bảo quản sau thu hoạch mà chúng được hình thành từ phần khí sinh của cây trong suốt thời gian gieo trồng Năm 2003, Wornpongchai và ctv [69] đã tìm thấy 2 – AP trong gạo thô và các bộ phận khác của cây bằng phương pháp chiết xuất không sử dụng nhiệt Họ cho rằng, 2 – AP chính là một hợp chất thứ cấp hiện diện trong cây lúa đặc sản

Hợp chất 2 – acetyl – 1 – pyrroline được xác định là thành phần chính trong tinh dầu lá dứa Theo Buttery và ctv (1983a) [18], trong lá dứa chứa khoảng 1 ppm 2 – acetyl – 1 – pyrroline, hàm lượng này cao gấp 100 lần so với những loại gạo thông thường Vì thế, ở một vài nước châu Á, người dân thường cho lá dứa vào trong quá trình nấu cơm đối với những loại gạo thông thường để có được mùi thơm như gạo thơm [67]

Thí nghiệm phân tích của Trung tâm Nghiên cứu vùng của Bộ nông nghiệp Hoa Kỳ và IRRI (1982) (trích dẫn bởi Đỗ Khắc Thịnh, 2003) [8] cũng cho kết quả về hàm lượng chất 2 – acetyl – 1 – pyrroline của 8 giống lúa thơm và 2 giống lúa không thơm Hàm lượng chất thơm 2 – acetyl – 1 – pyrroline của Khao Dawk Mali 105 và Basmati 370 là 0,07 và 0,06 ppm theo thứ tự, giống đối chứng Calrose là 0,006 ppm

Hussain và ctv (1987) [34] thực hiện so sánh mùi thơm giữa lúa thơm (Basmati) và lúa không thơm Xác định hợp chất thơm dựa trên các peak pentadecan-2-one, hexanol, 2-pentylfurane với nồng độ cao ở lúa Basmati Chất 2-acetyl-1-pyrroline không tìm thấy Tuy vậy, hầu hết các nghiên cứu thực hiện sau năm 1983 (Buttery và ctv, 1983b, 1986, 1988; Paule và Powers, 1989; Lin và ctv, 1990; Tanchotikul và Hsieh, 1991) đã chứng tỏ tầm quan trọng của thành phần 2 – acetyl – 1 – pyrroline

Hàm lượng của hợp chất này trong gạo dao động từ 6 – 90 µg/kg tùy theo chất lượng mùi thơm trong gạo thơm (Buttery và ctv 1983b) [19]

AcPy không chỉ đóng vai trò quan trọng trong gạo thơm mà còn được xem là thành phần chính trong vỏ và ruột bánh mì (Schieberle và Grosch, 1991 và 1991a), bắp nổ (Schieberle, 1991a), hạt kê (Seitz và ctv, 1993), bánh ngô (Karahadian và Johnson, 1993), lá dứa (Buttery và ctv, 1983a; Laksanalamai và Ilangantileke, 1993), mật cây đoan (Blank và ctv, 1989) và bia Đức (Schieberle, 1991b) (trích dẫn bởi Petrov, 1996) [46]

AcPy còn là thành phần chính được tổng hợp từ một vài dòng Bacillus cereus

phân lập được từ việc lên men quả ca cao (Romanczyk và ctv, 1995) [50]

Theo Buttery và ctv (1983a) [18], 2 – acetyl – 1 – pyrroline có cùng nguồn gốc với 2 – acetyl – 1,4,5,6 – tetrahydropyridine là 1 thành phần chất thơm đã được Hunter và ctv (1969) tìm thấy trong bánh mì hay bánh nướng Proline hay hydroxyproline cũng là tiền thân của 2 – acetyl – 1 – pyrroline Khi thay thế nhóm –COOH của hydroxyproline thành nhóm methyl keton bằng cách khử nước và chuyển nối đôi sang vị trí số 1 sẽ tạo ra được 2 – AP

Còn theo Petrov và ctv (1996) [46], 2 – acetyl – 1 – pyrroline có nguồn gốc từ proline và ornithine Sản phẩm của quá trình phân hủy Strecker là proline và 1-pyrroline (Yoshikawa và ctv, 1965) [76] sẽ phản ứng với những sản phẩm của quá trình phân hủy đường tạo ra AcPy (Schieberle, 1989, 1990; Tressl và ctv, 1985) [52, 53, 64]

Mũi của người có thể phát hiện được chất thơm 2 – acetyl – 1 – pyrroline ở nồng độ 0,007ppm Do đó, đánh giá bằng cảm quan, trong điều kiện nhất định và với những người có khứu giác bình thường, kết quả có thể tin cậy được [8]

Theo Varaporn và Sarath (1993) [67], nồng độ 2 – AP trong gạo sẽ giảm đối với những gạo được lưu trữ trong thời gian dài

2.5 CÁC YẾU TỐ MÔI TRƯỜNG VÀ ĐIỀU KIỆN GIEO TRỒNG ẢNH HƯỞNG ĐẾN CHẤT LƯỢNG MÙI THƠM

chín sáp sẽ góp phần hình thành và tăng tính thơm của cơm gạo Tuy vậy, nhiệt độ tối thích đối với các giống lúa không giống nhau Cây lúa Basmati nếu được gieo trồng trong điều kiện nhiệt độ thấp (nhiệt độ ban ngày là 250C và ban đêm là 210C trong thời kỳ chín) sẽ có khả năng lưu giữ mùi thơm lâu hơn (Juliano, 1972; Mann, 1987) [36, 43]

2.5.2 Nơi gieo trồng

Địa điểm gieo trồng ảnh hưởng đến chất lượng mùi thơm của cơm gạo thông qua thành phần dinh dưỡng đất cung cấp cho cây và tương tác giữa các chất dinh dưỡng bay hơi trong đất với các hợp chất thơm bay hơi có trong gạo Theo Singh và ctv (1998) [56], có thể xảy ra sự khác biệt đáng kể về mùi thơm trong gạo được trồng trên 2 thửa ruộng kề nhau thậm chí ngay cả khi 2 ruộng trồng cùng một loại hạt giống

Theo ý kiến của người nông dân, gạo được trồng trên đất nhẹ và chân ruộng cao thuận lợi cho quá trình hình thành mùi thơm của lúa Lúa có mùi thơm hơn khi trồng trên chân đất pha sét, có bờ bao và được cung cấp nước đầy đủ (Singh và ctv, 1997) [55] Tuy nhiên, gạo sẽ thơm hơn nếu độ ẩm của đất gieo trồng giảm trong thời kỳ hạt chín (theo Sarkarung và ctv, 2000) [51]

Yoshihashi và ctv (2004) [75] cho rằng hàm lượng 2 – acetyl – 1 – pyrroline không chỉ bị ảnh hưởng bởi yếu tố di truyền mà còn chịu tác động của các điều kiện ngoại cảnh: điều kiện sinh thái, cách gieo trồng Do các điều kiện sinh thái như nước tưới, chất dinh dưỡng trong đất ở các vùng khác nhau thì khác nhau nên hàm lượng 2 – AP trong gạo thơm giữa các vùng sẽ có sự khác biệt Hàm lượng 2 – AP ở những vùng chủ động tưới tiêu thấp hơn so với vùng lúa nước trời

2.5.3 Phân bón Phân đạm

Việc bón phân đạm sẽ tạo ảnh hưởng bất lợi đối với chất lượng mùi thơm Lượng phân đạm trong đất thấp sẽ gia tăng hàm lượng chất thơm trong hạt gạo (Suwanarit và ctv, 1996) [61]

Bón phân thúc làm tăng hàm lượng protein, nhưng lại giảm mùi vị của cơm gạo Bón phân đạm ở giai đoạn phân hóa đòng có thể không tạo nên sự thay đổi hàm lượng protein, nhưng vẫn làm giảm mùi vị của cơm (Singh, 1997) [55]

Phân kali

Phân kali có ảnh hưởng tích cực đến chất lượng xay xát và hương vị của cơm gạo Nếu bón nhiều kali sẽ làm tăng mùi thơm và góp phần làm gạo sáng hơn, nhưng độ mềm cơm giảm (Suwanrit và ctv, 1997b) [62]

2.5.5 Cách bảo quản và xay xát

Ở hầu hết các quốc gia, gạo thường được bảo quản và vận chuyển ở dạng chưa xay xát Theo Daniels và ctv (1997) [25], bảo quản gạo trong điều kiện ẩm ướt trước khi đem phơi khô sẽ ảnh hưởng xấu đến đặc tính và mùi vị của cơm gạo

Mặc dù chưa có phương pháp cụ thể nào để đánh giá ảnh hưởng của việc xay xát đối với tính thơm của gạo đặc sản, nhưng chắc chắn rằng việc xay xát có ảnh hưởng mạnh mẽ đối với hàm lượng chất thơm Theo các nông dân ở Tapovan (VP), chà xát gạo theo phương pháp thủ công sẽ lưu giữ được mùi thơm và chất lượng hạt gạo hơn so với việc sử dụng máy xay xát (Singh và ctv, 2000) [57]

Năm 2004, Wongpornchai và ctv [70] đã công bố cách xử lý sau thu hoạch tốt nhất là sấy hoặc phơi ở nhiệt độ 300C – 400C Hơn nữa, thời gian lưu trữ ngắn sẽ đảm bảo chất lượng mùi thơm tốt hơn so với bảo quản trong thời gian dài.

Bảng 2.4 Các yếu tố ảnh hưởng đến việc hình thành và lưu giữ mùi thơm trong gạo thơm (nguồn Singh và ctv, 2000) [57]

Các yêu tố góp phần gia tăng chất lượng mùi thơm

Các yếu tố làm suy giảm chất lượng mùi thơm

Thời tiết mát mẻ trong thời kỳ ra hoa và hạt chín

Bón phân với liều lượng thích hợp Đất màu mỡ

Gieo hạt trực tiếp

Đất nhẹ, chân ruộng cao

Nhiệt độ tăng cao trong thời kỳ ra hoa và hạt chín

Phân bón chứa lượng urê quá cao Đất nghèo dinh dưỡng

Trồng lúa theo hình thức gieo xạ Đất nặng

Độ ẩm trong đất thấp trong giai đoạn hạt chín

Xay xát thủ công

Thu hoạch muộn

Sử dụng máy móc trong giai đoạn xay xát lúa

2.6 PHƯƠNG PHÁP VI CHIẾT XUẤT TRÊN PHA RẮN (SPME) 2.6.1 Nguyên tắc [33]

SPME là 1 phương pháp chiết xuất không cần sử dụng dung môi, được phát minh bởi Pawliszyn và cộng sự từ năm 1989 Phương pháp này dựa trên cơ chế hấp phụ các chất hữu cơ cần phân tích từ pha nước hoặc pha khí lên sợi silica được phủ các chất hấp phụ thích hợp như polydimethylsiloxan (PDMS), PDMS/DVB (divinyl benzen), polyacrylat…thông qua tác động phân chia giữa những chất được hấp phụ và hỗn hợp mẫu Quá trình hấp phụ diễn ra khi nhúng sợi chiết vào mẫu lỏng hay khi phơi sợi chiết ra môi trường phía trên mẫu lỏng hay rắn Các hợp chất bám trên sợi silica sẽ được giải hấp phụ trực tiếp vào buồng hóa hơi của thiết bị sắc ký khí

2.6.2 Đặc điểm [33]

Kỹ thuật này kết hợp các giai đoạn chuẩn bị mẫu, chiết xuất, cô cạn mẫu thành 1 bước đơn giản, không cần sử dụng dung môi Các chất cần phân tích sẽ được chiết xuất và làm giàu trực tiếp vào sợi chiết Phương pháp này giúp tiết kiệm thời gian chuẩn bị mẫu và lượng dung môi sử dụng, và có thể cải thiện được giới hạn dò Thuận lợi chính của phương pháp là khả năng phân tích tốt, đơn giản, giá thành thấp Sản

phẩm thu được từ phương pháp SPME tương đối sạch và cô đặc, khả năng ứng dụng MS cao

Kỹ thuật SPME thường được sử dụng kết hợp với GC và GC/MS Kỹ thuật này đã được áp dụng thành công trong việc phân tích nhiều thành phần khác nhau, đặc biệt, trong quá trình chiết xuất những thành phần hữu cơ bay hơi có trong những mẫu phân tích môi trường, sinh học, thực phẩm, dược phẩm Sợi chiết dùng trong kỹ thuật SPME có thể được đưa trực tiếp vào hệ thống HPLC và LC/MS để phân tích những thành phần bay hơi kém hay không bền nhiệt không thể thực hiện trên thiết bị GC hay GC/MS

Thời gian chiết xuất phụ thuộc vào các yếu tố: loại sợi chiết sử dụng, kích thước mẫu, bề dày lớp polymer Sử dụng sợi chiết có lớp polymer càng dày thì thời gian chiết xuất càng dài, nhưng hệ số lặp lại càng cao Thời gian chiết xuất không phụ thuộc nồng độ chất cần phân tích có trong mẫu Thông thường, lớp film có bề dày mỏng nhất ở mức độ có thể chấp nhận được thường được sử dụng để giảm thời gian chiết xuất

2.6.3 Dụng cụ sử dụng cho kỹ thuật SPME [33]

Hình 2.6 Cấu tạo sợi chiết dùng trong kỹ thuật SPME

Sợi chiết được sử dụng trong kỹ thuật SPME là một đoạn sợi quang học có chứa silica biến tính, ngắn và mỏng (dài khoảng 1 cm, đường kính ngoài cỡ 0,11 mm), được bao phủ bên ngoài bởi một lớp polyme mỏng (ví dụ polydimethylsiloxane) (hình

2.6) Sợi chiết này khá ổn định cả ở nhiệt độ cao và có cấu tạo hóa học tương như phía bên trong của cột mao quản silica biến tính sử dụng trong phương pháp sắc ký khí Sợi chiết được gắn với một cần kim loại, tất cả được đặt trong ống kim loại bảo vệ Để thuận tiện khi sử dụng, toàn bộ hệ sợi chiết và các bộ phận phụ trợ được bố trí theo kiểu xyranh (hình 2.7)

Hình 2.7 Dụng cụ thực hiện kỹ thuật SPME

Nhiều loại pha tĩnh tẩm cho sợi chiết được nghiên cứu với mục đích chiết các nhóm chất khác nhau Giống như qui tắc khi lựa chọn cột sắc ký khí “các chất giống nhau dễ hòa tan trong nhau”, pha tĩnh tẩm sợi chiết cũng được lựa chọn trên cơ sở độ chọn lọc đối với các chất cần phân tích đã định và khả năng bay hơi của những chất này Các pha tĩnh không phân cực (ví dụ: polymethylsiloxan) lưu giữ hydrocacbon rất tốt Ngược lại, pha tĩnh phân cực (như polyacrylat và cacbowax) lại chiết được các hợp chất phân cực như phenol, acid cacboxylic rất hiệu quả Ái lực của pha tĩnh đối với chất cần phân tích có tính chất quyết định trong việc lấy mẫu theo SPME vì cả nền mẫu và pha tĩnh đều cạnh tranh trong tương tác với chất phân tích Ví dụ, một pha tĩnh được lựa chọn để chiết các chất phân cực ra khỏi nước phải có ái lực với chất phân tích