Khảo sát, phân tích và so sánh chất lượng mùi thơm của một số giống lúa thơm trồng ở đồng bằng sông cửu long bằng phương pháp SPME-GC

Khảo sát, phân tích và so sánh chất lượng mùi thơm của một số giống lúa thơm trồng ở đồng bằng sông cửu long bằng phương pháp SPME-GC

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



KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP

KHẢO SÁT, PHÂN TÍCH VÀ SO SÁNH CHẤT LƯỢNG MÙI THƠM CỦA MỘT SỐ GIỐNG LÚA THƠM TRỒNG

Ở ĐỒNG BẰNG SÔNG CỬU LONG BẰNG PHƯƠNG PHÁP SPME - GC

Ngành: CÔNG NGHỆ SINH HỌC Niên khóa : 2003 – 2007

Sinh viên thực hiện : PHẠM MAI THÙY TRANG

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

KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP

KHẢO SÁT, PHÂN TÍCH VÀ SO SÁNH CHẤT LƯỢNG MÙI THƠM CỦA MỘT SỐ GIỐNG LÚA THƠM TRỒNG Ở ĐỒNG BẰNG SÔNG CỬU LONG

BẰNG PHƯƠNG PHÁP SPME - GC

Ngành: CÔNG NGHỆ SINH HỌC Niên khóa: 2003 - 2007

Giáo viên hướng dẫn: Sinh viên thực hiện:

TS FRÉDERÍC GAY (CIRAD)

Thành phố Hồ Chí Minh Tháng 8/2007

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) 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

- Chị Nguyễn Thị Thu Hương cùng toàn thể các bạn trong lớp CNSH29

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 08 năm 2007

Phạm Mai Thùy Trang

iv

PHẠM MAI THÙY TRANG, Đại Học Nông Lâm Tp Hồ Chí Minh Tháng 8/2007 “KHẢO SÁT, PHÂN TÍCH VÀ SO SÁNH CHẤT LƯỢNG MÙI THƠM CỦA MỘT SỐ GIỐNG LÚA THƠM TRỒNG Ở ĐỒNG BẰNG SÔNG CỬU LONG BẰNG PHƯƠNG PHÁP SPME – GC”

Với những lí do trên, chúng tôi tiến hành khảo sát, phân tích và so sánh chất lượng mùi thơm của 4 giống lúa Jasmine, OM3536, ST3, VD20 Đây là những giống đã được trồng phổ biến ở Đồng bằng sông Cửu Long

Giống lúa OM3536 có nồng độ 2 – AP trong lá cao nhất so với 3 giống lúa còn lại, kế đến lần lƣợt theo thứ tự là giống lúa VD20 và Jasmine, ST3 là giống lúa có nồng độ 2 – AP trong lá thấp nhất trong nhóm 4 giống lúa đƣợc phân tích

Jasmine có nồng độ 2 – AP trong hạt cao nhất, OM3536 và ST3 có nồng độ 2 – AP trong hạt xấp xỉ bằng nhau, VD20 có nồng độ 2 – AP trong hạt thấp nhất trong 4 giống lúa thử nghiệm

Nồng độ 2 – AP trong lá lúa thấp hơn rất nhiều (0,014%) so với trong lá dứa

vi

PHAM MAI THUY TRANG, Nong Lam University, HCMC, August, 2007

“STUDYING, ANALYZING AND COMPARING THE AROMATIC QUALITY OF 4 VARIETIES OF RICE: JASMINE, OM3536, ST3 AND VD20, WHICH ARE CULTURED IN CUU LONG RIVER DELTA, WITH EACH OTHER UTILIZING

CHROMATOGRAPHY (GC) METHODS ”

Board of research advisers:

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

Recently, there are no many studies about the characteristics of aromatic compounds of scented varieties of rice in Viet Nam, as well as compare theirs aromatic quality with each other So that, studying the characteristics and the generation of aromatic compounds of some aromatic varieties of rice and comparing theirs with each other will be helpful for culturists in developing new aromatic varieties of rice as well as resetting the characteristics and demonstrating the high quality of theirs

For reasons, we studied, analyzed and compared the aromatic quality of 4 varieties of rice: Jasmine, OM3536, ST3 and VD20, which are cultured commonly in Cuu Long River Delta

Results obtained from the study:

Identifying the response factor of 2 – acetyl – 1 – pyrroline compound is 7834

Identifying the aromatic compound of 2 – acetyl – 1 – pyrroline appears at 9,8th minute in laboratory’s condition

descends when grain is generate, but it is higher than the concentration of 2 – AP in the first development stage of rice

The increasing of 2 – AP in grain follows the grain’s generation stages, and is highest when grain is mature

OM3536 variety has the concentration of 2 – AP in leaves highest, comparing with 3 varieties others ST3 is the variety of rice which has the concentration of 2 – AP in leaves smallest in 4 varieties of rice analyzed

The concentration of 2 – AP in grain is highest in Jasmine, comparing with 3 varieties others OM3536 and ST3 varieties have 2 – AP concentration in grain is approximately VD20 variety has 2 – AP concentration in grain is smallest in 4 varieties studied

2 – AP concentration in leaves of rice is lower many times (0,014%) than 2 – AP concentration in leaves of pandanus

Danh sách các biểu đồ xvi

Danh sách các sơ đồ xvii

2.1 GIỚI THIỆU CHUNG VỀ CÂY LÚA 3

2.1.1 Hệ thống phân loại cây lúa 3

2.1.2 Đặc điểm sinh thái – sinh học cây lúa 3

2.1.2.1 Hạt lúa và sự nảy mầm 3

2.1.2.2 Lá lúa 5

2.1.2.3 Bông lúa 6

2.1.3 Đặc điểm sinh trưởng và phát triển cây lúa 8

2.1.3.1 Ba thời kì sinh trưởng, phát triển của cây lúa 8

2.1.3.2 Các giai đoạn phát triển của cây lúa 8

2.2 LÚA THƠM ĐẶC SẢN VIỆT NAM 9 2.2.1 GIỚI THIỆU VỀ CÁC GIỐNG LÚA JASMINE, OM3536, ST3, VD20

2.2.1.2 Giống lúa Jasmine 11

2.2.1.3 Giống lúa VD20 12

2.2.1.4 Giống lúa ST3 12

2.2.2 CÁC NGHIÊN CỨU VỀ HÓA SINH CHẤT THƠM CỦA LÚA GẠO

13

2.2.2.1 Những hợp chất bay hơi có trong gạo thơm 13

2.2.2.2 Hợp chất thơm 2 – acetyl – 1 – pyrroline 16

2.3 PHƯƠNG PHÁP VI CHIẾT XUẤT TRÊN PHA RẮN (SPME) 19

2.4 SẮC KÝ KHÍ 20

2.5 SẮC KÝ KHÍ GHÉP KHỐI PHỔ 21

3 VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 22

3.1 THỜI GIAN VÀ ĐỊA ĐIỂM TIẾN HÀNH 22

3.2 VẬT LIỆU, HÓA CHẤT VÀ THIẾT BỊ 22

3.3 NỘI DUNG NGHIÊN CỨU 23

3.4 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 23

3.4.1 Phương pháp trồng lúa 23

3.4.2 Chiết xuất hợp chất bay hơi trong gạo thơm bằng phương pháp SPME 24

3.4.2.1 Dụng cụ sử dụng cho kĩ thuật SPME 24

3.4.2.2 Các bước thực hiện trong kĩ thuật vi chiết xuất trên pha rắn 26

3.4.2.3 Ứng dụng phương pháp SPME trong chiết xuất hợp chất 2 – acetyl – 1 – pyrroline 27

3.4.3 Định tính và định lượng hợp chất thơm 2 – AP có trong lá và hạt lúa bằng GC và GC/MS 29

3.4.3.1 Sơ đồ thiết bị sắc kí khí 30

3.4.3.2 Detector 31

3.4.3.3 Cột mao quản 32

4.3.1 Khảo sát sự biến đổi hàm lượng 2 – AP ở cây lúa qua các thời kì tăng trưởng 47

4.3.2 So sánh hàm lượng 2 – AP qua các thời kì sinh trưởng, phát triển của cây lúa ở 4 giống Jasmine, OM3536, ST3, VD20 50

4.4 SO SÁNH HÀM LƯỢNG 2 – AP CÓ TRONG LÁ LÚA VÀ LÁ DỨA 51

Phụ lục 7 Sắc ký đồ GC phân tích hợp chất thơm 2 – AP có trong hạt của giống lúa

Phụ lục 11 Sắc ký đồ GC phân tích hàm lƣợng 2 – AP có trong lá dứa 72

Phụ lục 12 Sắc ký đồ GC phân tích chất chuẩn tetradecane 72

Phụ lục 13 Sắc ký đồ GC phân tích pentanol và hexanal 73

Phụ lục 14 Sắc ký đồ GC phân tích chất chuẩn collidine, octanol, nonanal, decanal, hexanol 73

Phụ lục 15 Sắc ký đồ GC/MS phân tích mẫu gạo Jasmine 74

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

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

TCD (Thermal Conductivity Detector): đầu dò dẫn nhiệt

ECD (Electron Capture Detector): đầu dò cộng kết điện tử

BẢNG TRANG

Bảng 2.1 Các yếu tố ảnh hưởng đến việc hình thành và lưu giữ mùi thơm có trong gạo thơm (nguồn Singh và ctv, 2000) 19 Bảng 4.1 Hệ số phản hồi của 8 chất chuẩn 35 Bảng 4.2 Thời gian lưu (phút) của 8 chất chuẩn khi phân tích trên máy GC thực hiện năm 2007 và năm 2006 (Nguyễn Thị Thu Hương) 40 Bảng 4.3 Thời gian lưu của hexanal, 2 – AP, nonanal khi phân tích trên GC/MS do Nguyễn Thị Thu Hương thực hiện 42 Bảng 4.4 Thời gian lưu của hexanal và nonanal khi phân tích trên máy GC/MS và GC 44 Bảng 4.5 Thời gian lưu của hexanal, 2 – AP, nonanal khi phân tích trên 2 hệ thống GC/MS và GC 47 Bảng 4.6 Nồng độ 2 – AP theo các thời kỳ tăng trưởng của lúa ở 4 giống Jasmine, OM3536, ST3, VD20 47 Bảng 4.7 Nồng độ 2 – AP trong hạt lúa qua các giai đoạn phát triển của hạt 48 Bảng 4.8 Nồng độ 2 – AP có trong lá dứa và trong lá của 4 giống lúa Jasmine, OM3536, ST3, VD20 52

Hình 3.1 Cấu tạo sợi chiết dùng trong kỹ thuật SPME 24

Hình 3.2 Dụng cụ thực hiện kỹ thuật SPME 25

Hình 3.3 Các kỹ thuật chiết dùng trong phương pháp SPME 26

Hình 3.4 Dụng cụ thực hiện kỹ thuật SPME (DVB/CAR/PDMS) 29

Hình 3.5 Sơ đồ thiết bị sắc ký khí detector ion hóa ngọn lửa FID 30

Hình 3.6 Sơ đồ cấu tạo hình học của detector ion hóa ngọn lửa 31

Hình 3.7 Cột mao quản 32

Hình 3.8 Máy sắc ký khí 33

Hình 3.9 Máy sắc ký khí ghép khối phổ 33

Hình 4.1 Sắc ký đồ GC phân tích chất chuẩn collidine (nồng độ 0,01mg/ml) 36

Hình 4.2 Sắc kí đồ GC phân tích chất chuẩn decanane (nồng độ 0,01 mg/ml) 36

Hình 4.3 Sắc kí đồ GC phân tích chất chuẩn hexanal (nồng độ 0,01 mg/ml) 37

Hình 4.4 Sắc kí đồ GC phân tích chất chuẩn hexanol (nồng độ 0,01 mg/ml) 37

Hình 4.5 Sắc kí đồ GC phân tích chất chuẩn nonanal (nồng độ 0,01 mg/ml) 38

Hình 4.6 Sắc kí đồ GC phân tích chất chuẩn octanol (nồng độ 0,01 mg/ml) 38

Hình 4.7 Sắc kí đồ GC phân tích chất chuẩn pentanol (nồng độ 0,01 mg/ml) 39

Hình 4.8 Sắc kí đồ GC phân tích chất chuẩn tetradecane (nồng độ 0,01 mg/ml) 39

Hình 4.9 Sắc ký đồ GC – MS phân tích các hợp chất bay hơi có trong mẫu gạo thơm sử dụng thí nghiệm 41

Hình 4.10 Kết quả tra cứu thời gian lưu của 2 hợp chất hexanal và nonanal trong thư viện của máy GC/MS 42

Hình 4.11 Phổ đồ của hợp chất phân tách ở thời điểm 9,184 phút của mẫu gạo thơm sử dụng thí nghiệm 43

Hình 4.14 Kết quả phân tích mẫu gạo thơm trên máy GC 45 Hình 4.15 Kết quả phân tích mẫu gạo thơm trên máy GC 46 Hình 4.16 Sắc ký đồ GC phân tích hàm lượng 2 – AP trong lá lúa (mẫu OM3536) 48 Hình 4.17 Sắc ký đồ GC phân tích hàm lượng 2 – AP trong hạt lúa ở giai đoạn chín (mẫu Jasmine) 49 Hình 4.18 Sắc kí đồ GC phân tích hàm lương 2 – AP có trong lá dứa 52

xvi

Biểu đồ 4.1 So sánh nồng độ 2 – AP có trong lá qua các thời kì tăng trưởng của 4 giống lúa Jasmine, OM3536, ST3, VD20 50 Biểu đồ 4.2 So sánh nồng độ 2 – AP có trong hạt qua các giai đoạn phát triển hạt của 4 giống lúa Jasmine, OM3536, ST3, VD20 51 Biểu đồ 4.3 So sánh hàm lượng 2 – AP có trong lá dứa và trong lá của 4 giống lúa Jasmine, OM3536, ST3, VD20 53

SƠ ĐỒ TRANG

Sơ đồ 3.1 Qui trình phân tích hợp chất bay hơi trong gạo thơm bằng phương pháp SPME 28

Chương 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 [10]

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) [31] 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

mét cũng dễ nhận biết được thứ hương thơm độc đáo, gợi cảm này [10]

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, đây cũng là trở ngại lớn trên con đường nâng cao sức cạnh tranh của lúa gạo Việt Nam

Mùi thơm là một trong những yếu tố rất quan trọng quyết định chất lượng và thị hiếu của người tiêu dùng nhưng các nghiên cứu về bản chất của các hợp chất thơm cũng như so sánh chất lượng mùi thơm của các giống lúa thơm khác nhau ở Việt Nam hiện nay chỉ mới bắt đầu trong thời gian rất gần đây và gần như chưa có kết qủa đáng kể Vì vậy, việc nghiên cứu bản chất các hợp chất thơm, sự hình thành các hợp chất thơm, so sánh chất lượng mùi thơm của một số giống lúa thơm sẽ hữu ích cho các nhà tạo giống trong việc phát triển các giống lúa thơm mới cũng như thiết lập nên những đặc điểm đặc trưng cho các giống lúa thơm, chứng minh được chất lượng cao là công việc rất có ý nghĩa thiết thực

Với những lí do trên, 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), chúng tôi thực hiện đề tài: “Khảo sát, phân tích và so sánh chất lượng mùi thơm của một số giống lúa thơm trồng ở Đồng bằng sông Cửu Long” 1.2 MỤC ĐÍCH VÀ YÊU CẦU

Chương 2

TỔNG QUAN TÀI LIỆU

2.1 GIỚI THIỆU CHUNG VỀ CÂY LÚA 2.1.1 Hệ thống phân loại cây lúa

Lúa [7] thuộc: Ngành thực vật có hoa: Angiospermae Lớp một lá mầm: Monocotyledons

Bộ Hoà thảo có hoa: Poales (Graminales)

Họ Hoà Thảo: Poaceae (Gramineae) Họ phụ Hoà 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

2.1.2 Đặc điểm sinh thái-sinh học cây lúa 2.1.2.1 Hạt lúa và sự nảy mầm

 Hạt lúa

Hạt lúa là một bộ phận quan trọng nhất của cây lúa Là noãn sào thụ tinh đã chín, có hai mày trấu nhỏ trên và dưới, hai vỏ trấu trên và dưới, cuống trấu ở phần dưới của hạt và đuôi ở chót hạt (ngắn hoặc dài) Một hạt lúa có trọng lượng từ 12 – 44 mg ở 0% ẩm độ Bản chất hạt lúa là quả dĩnh nhỏ, phần hạt thực thụ là hạt gạo lứt (gạo lật) [7], gồm có (hình 2.1):

Vỏ trấu: gồm trấu trên và trấu dưới, có các màu khác nhau tuỳ theo giống

Râu: Hạt thóc có thể có râu hoặc không có râu, màu sắc của mỏ hạt và của râu thường giống nhau

Cám gồm biểu bì, quả bì và chủng bì (nucellus) Màu sắc hạt gạo do lớp chủng bì

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 [78]

 Sự nảy mầm của hạt

Hạt giống hút nước trương lên, gặp nhiệt độ thích hợp và đầy đủ không khí thì nảy mầm Đầu tiên là một khối trắng (tiền thân của mầm và rễ phôi) xuất hiện phá vỏ trấu ra ngoài, tiếp đến là rễ phôi xuất hiện và dài ra nhanh chóng, cuối cùng đến bao mầm có dạng mũi chông đâm ra [7]

 Điều kiện cần thiết để hạt lúa nảy mầm [7]

Một hạt lúa nảy mầm bình thường cần 3 điều kiện: nước, nhiệt độ và không khí đủ O2

● Nước: Để hạt nảy mầm cần ngâm cho hạt hút no nước Ngâm hạt với thể tích nước gấp 3 lần thể tích thóc và sau khi ngâm 24 giờ phải thay bằng nước

sạch để tránh hiện tượng gây chua do một phần tinh bột hoà tan vào nước, ảnh hưởng đến sự nảy mầm của hạt Thời gian ngâm hạt tùy thuộc vào nhiệt độ không khí, nhiệt độ nước khi ngâm và độ khép kín của vỏ trấu

● Nhiệt độ: Hạt lúa muốn nảy mầm cần nhiệt độ thích hợp Nhiệt độ giới hạn thấp nhất để hạt lúa có thể nảy mầm tốt nhất là 12oC, nhiệt độ tối thiểu là 30-35oC, nhiệt độ tối cao là 40oC Ở khoảng nhiệt độ 30-35oC hạt lúa nảy mầm tốt nhất, nhanh và tập trung

● Không khí: Hạt lúa nảy mầm cần có oxy của không khí lấy từ môi trường xung quanh Ít oxy hạt lúa nảy mầm không đồng bộ, rễ ngắn, mầm dài hoặc chỉ có mầm không có rễ Để hạt nảy mầm tốt cần cung cấp đầy đủ không khí

● Lá lúa có màu sắc khác nhau tùy giống Đa số giống lúa có lá màu xanh và ở các mức độ khác nhau Theo mức độ xanh của lá mà người ta chia ra: lá lúa xanh đậm, lá lúa xanh, lá lúa xanh sáng, lá lúa xanh vàng

 Quá trình phát triển của lá lúa [7]

Lá lúa mọc từ mầm lá trên mắt đốt thân Mỗi mắt đốt thân tương ứng với một lá nên cây lúa có bao nhiêu mắt đốt thân thì có bấy nhiêu lá

Lá lúa được hình thành qua 4 giai đoạn: đầu tiên là giai đoạn mầm lá bắt đầu phân hóa, tiếp đến là giai đoạn hình thành phiến lá, rồi đến giai đoạn hình thành bẹ lá và cuối cùng là một lá mới xuất hiện Lá phát triển hoàn chỉnh và chuyển sang thời kì sống và hoạt động Bốn giai đoạn kế tục của thời kì này là:

● Hoàn thiện về hình thái: lá tiếp tục dài ra, chuyển từ màu xanh vàng sang xanh và đạt hình thái ổn định

● Giai đoạn lá hoạt động mạnh: hoạt động quang hợp xảy ra mạnh mẽ, các chất dinh dưỡng được tích lũy phục vụ cho hoạt động sống của cây

● Giai đoạn hoạt động giảm: khi khối lượng của lá đạt cao nhất thì hoạt động của lá bắt đầu giảm Sự giảm này gia tăng cùng với độ già của lá, các chất tích lũy trong lá cũng giảm

● Giai đoạn ngừng hoạt động: lá già, vàng úa, héo dần và chết Tuổi thọ của lá kéo dài từ 20-40 ngày tùy theo vị trí của lá trên cây Thông thường các lá lúa ra sau có tuổi thọ cao hơn lá ra trước

2.1.2.3 Bông lúa

Bông lúa là bộ phận quan trọng nhất của cây lúa, là kết quả của mọi hoạt động trong đời sống cây lúa Bông lúa cũng là bộ phận tạo ra hạt lúa-sản phẩm quan trọng nhất của cây lúa [7]

 Hình thái bông lúa

Một bông lúa gồm phần cơ bản là trục bông, gié cấp I xuất phát từ trục bông, gié cấp II xuất phát từ gié cấp I, các hoa lúa (sau này là hạt lúa) được đính trên gié cấp II, phần đầu bông trên gié cấp I

Bông lúa có nhiều dạng khác nhau như:

● Bông thẳng: trục bông không cong, thuộc loại hình bông bé ● Bông cong đầu: phần gần đầu bông cong

● Bông cong tròn: bông cong xuống từ phần giữa bông  Cấu tạo hoa lúa

Hoa lúa thuộc dạng điển hình của cây hòa thảo gồm vỏ trấu trong, vỏ trấu ngoài, 2 mày trấu, nhị đực có 6 bao phấn và nhụy gồm bầu nhụy và 2 vòi nhụy

 Trổ bông, nở hoa, thụ phấn và thụ tinh

Thời kì lúa chưa trổ thì lúa nằm trong đòng, khi đã phát triển hoàn chỉnh thì bông lúa thoát ra khỏi đòng, ta gọi là lúa trổ bông hay lúa trổ Thời gian kể từ khi bông lúa nhú ra khỏi đòng đến khi toàn bộ bông lúa thoát ra gọi là thời gian trổ Các

giống trổ nhanh, tập trung thì thời gian trổ chỉ kéo dài 2-3 ngày, các giống trổ chậm thì phải 5-7 ngày mới trổ xong

Sau khi trổ thì bông lúa nở hoa (phơi màu) Trong cùng một ngày khi nhiệt độ không khí tăng cao thì hoa lúa bắt đầu nở Hoa nở rộ nhất lúc 9-10 giờ sáng Trời mưa lạnh lúa không nở; trời âm u, mát, hoa lúa nở muộn hơn

Khi hoa lúa nở thì vỏ trấu mở ra, 6 bao phấn vươn ra ngoài, tung phấn lên vòi nhụy, hạt phấn ngay sau đó nảy mầm lên vòi nhụy, đó là quá trình thụ phấn

Ở cây lúa xảy ra quá trình thụ tinh kép: hạt phấn sinh ra 2 tinh tử, một tinh tử kết hợp với tế bào trứng để tạo ra phôi, còn một tinh tử khác thì kết hợp với cực nhân để tạo ra nội nhũ

Sau khi lúa phơi màu khoảng 8 giờ thì quá trình thụ tinh hoàn thành, hoa lúa phát triển thành hạt lúa

 Sự phát triển của hạt lúa

Hạt lúa (chính là một quả) còn gọi là hạt thóc, là một hoa lúa sau khi thụ phấn, thụ tinh phát triển mà thành

Sau khi thụ tinh phôi hình thành rất nhanh, 24 giờ sau khi thụ tinh thì đã bắt đầu phân hóa, 7 ngày sau mầm và bao mầm nguyên thủy đã được hình thành Sau 8-10 ngày, các bộ phận của phôi đã có thể phân biệt rõ như trục phôi, mầm phôi và rễ phôi Sau 15 ngày phôi đã phát triển hoàn chỉnh, nằm ở phía cuống của hạt thóc, phía bụng và phần cuối của hạt gạo

Cùng với phôi, nội nhũ cũng phát triển nhanh chóng để trở thành hạt gạo Hạt gạo phát triển theo chiều dài trước, 4 ngày sau khi thụ tinh, hạt gạo non đã dài đến đỉnh của vỏ trấu và bắt đầu quá trình tích lũy tinh bột Tinh bột lúc đầu còn ít và hòa tan trong dịch như một dạng sữa (giai đoạn chín sữa), sau đó lượng tinh bột tăng và hạt gạo trở thành một khối mềm (giai đoạn chín sáp) rồi chuyển sang cứng, vỏ trấu chuyển thành màu vốn có của giống, 6-7 ngày sau đó thì hạt lúa đã chín hoàn toàn

Từ khi lúa trổ, hoàn thành thụ phấn, thụ tinh đén khi hạt lúa hình thành và chín hoàn toàn trải qua 30-35 ngày

2.1.3 Đặc điểm sinh trưởng, phát triển cây lúa

2.1.3.1 Ba thời kì sinh trưởng, phát triển của cây lúa

Trong suốt quá trình sinh trưởng, phát triển, cây lúa trải qua 3 thời kì lớn Ở mỗi thời kì, cây lúa biến đổi cả về lượng và chất để hoàn thành chu kì phát triển Người ta phân biệt 3 thời kì sinh trưởng, phát triển của cây lúa là: thời kì sinh trưởng sinh dưỡng, thời kì sinh trưởng sinh thực và thời kì hình thành hạt và chín [7]

● Thời kì sinh trưởng sinh dưỡng (115-125 ngày): là thời kì cây lúa hình thành nhánh, lá và một phần thân

● Thời kì sinh trưởng sinh thực (kéo dài khoảng 35 ngày): là thời kì cây lúa hình thành hoa, tập hợp nhiều hoa thành bông lúa

● Thời kì chín (kéo dài khoảng 30 ngày): ở các hoa lúa được thụ tinh xảy ra quá trình tích lũy tinh bột và sự phát triển hoàn thiện của phôi, phát triển thành hạt, sản phẩm chủ yếu của cây lúa

2.1.3.2 Các giai đoạn phát triển của cây lúa

Ba thời kì sinh trưởng của cây lúa trải qua 10 giai đoạn phát triển [7]:

● Giai đoạn nảy mầm: từ nứt nanh đến nảy mầm, hạt lúa hình thành rễ và mầm

● Giai đoạn mọc: giai đọan mạ, bắt đầu từ lá thật đầu tiên đến trước khi nhìn thấy nhánh thứ nhất, từ khi cây mạ có một lá đến khi có 4-5 lá

● Giai đoạn đẻ nhánh: bắt đầu từ khi cây lúa có nhánh đầu tiên đến khi cây lúa có nhánh tối đa

● Giai đoạn làm đốt (giai đoạn vươn lóng): bắt đầu từ cuối giai đoạn đẻ nhánh hoặc ngay trước giai đoạn hình thành đòng, lóng được hình thành và vươn dài

Các giai đoạn trên thuộc thời kì sinh trưởng sinh dưỡng của cây lúa

● Giai đoạn làm đòng: phân hoá từ đòng đến đòng già, khi trên đỉnh sinh trưởng hình thành bông nguyên thuỷ (khối trắng dài khoảng 1mm, có lông trắng mịn) Giai đoạn này kết thúc khi cây lúa có đòng già, chuẩn bị trổ bông

● Giai đoạn trổ bông: bắt đầu từ khi các hoa đầu tiên của bông nhô ra khỏi đòng đến khi lóng trên cùng không dài thêm được nữa

● Giai đoạn nở hoa (giai đoạn phơi màu): hoa lúa nở ra, tung phấn, quá trình thụ phấn, thụ tinh xảy ra

Đây là 3 giai đoạn thuộc thời ki sinh trưởng sinh thực của cây lúa

● Giai đoạn chín sữa: trong hạt lúa tích luỹ dạng vật chất giống như sữa ● Giai đọan chín sáp: hạt gạo đã hình thành rõ nhưng vẫn mềm, vật chất tích luỹ giống như sáp

● Giai đoạn chín hoàn toàn: hạt gạo hoàn chỉnh với nội nhũ và phôi, vỏ trấu có màu vốn có của giống

Đây là thời kì chín của cây lúa

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 giống 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) [4]

Các giống lúa thơm địa phương có những đặc điểm chung là thời gian sinh trưởng dài, phản ứng chặt chẽ 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 [9] Mùi thơm của các giống lúa thơm thường tùy thuộc vào điều kiện môi trường như đất đai, khí hậu [4]

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 [9]

2.2.1 GIỚI THIỆU VỀ CÁC GIỐNG LÚA VD20, ST3, OM3536, JASMINE

2.2.1.1 Giống lúa OM3536 [2]

 Đặc tính nông học

Giống lúa OM3536 được phát triển từ tổ hợp lai TD8 với OM1738 tại Viện Lúa Đồng bằng sông Cửu Long Giống được tạo ra bằng phương pháp lai cổ điển và chọn phả hệ TD8 làm giống mẹ là giống lúa có mùi thơm, hạt gạo rất dài và rất trong nhưng cứng cơm Giống lúa này được sản xuất thử từ 1995 Giống bố OM1738 có dạng hạt thon dài, gạo trong suốt, thời gian sinh trưởng ngắn, năng suất cao, cao cây, kháng sâu bệnh

Kế thừa được đặc tính tốt từ bố mẹ, giống OM3536 có những đặc tính như sau:

- Thời gian sinh trưởng 85 - 90 ngày - Chiều cao 95 - 100cm

- Khả năng đẻ nhánh trung bình

- Số hạt chắc / bông cao và tỉ lệ hạt lép thấp - Trọng lượng 1000 hạt 26,6g

- Hạt gạo dài 7,3mm, dạng hạt thon dài, gạo rất trong, ít bạc bụng - Độ trở hồ cấp 6, độ bền thể gel 54mm, hàm lượng amylose 22% - Giống OM3536 có mùi thơm nhẹ

- Năng suất 4 - 7 tấn /ha (không thuộc nhóm năng suất cao), nhưng thích nghi tốt ở vùng đất phèn, kém dinh dưỡng, phẩm chất gạo rất tốt

- Ở đất phù sa, cần lưu ý bón phân cân đối NPK, vì lúa sẽ bị đổ ngã nếu bón nhiều N Công thức khuyên cáo 80:40:30 kg NPK/ha

 Phẩm chất gạo

Tỉ lệ gạo lứt biến thiên 79 - 80% cho cả hai vụ Đông Xuân và Hè Thu Riêng tỉ lệ gạo nguyên biến động tùy theo vùng sinh thái và ảnh hưởng môi trường, từ 39 đến 45% trong cả Đông Xuân và Hè Thu, theo thứ tự Tỉ lệ bạc bụng biến động 2 - 5% (tính theo tỉ lệ phần trăm của cấp 9) Đây là giống có hàm lượng amylose trung bình (22 - 23,5%) cả trong hai vụ Đông Xuân và Hè Thu Độ bền thể gel được đánh giá 40 - 47mm Gạo dẻo và ngon cơm, giá lúa trên thị trường khá cao so với các giống khác Hàm lượng protein: 10,5 - 10,8% trong cả hai vụ Đông Xuân và Hè Thu

Giống này được tặng giải thưởng bông lúa vàng 2003 và được công nhận giống Quốc gia năm 2004

2.2.1.2 Giống lúa Jasmine [2]

Giống lúa Jasmine là giống lúa thơm có nguồn gốc từ giống IR841 của Viện Lúa Quốc tế do Bộ Nông Nghiệp Mỹ chọn lọc Giống này được du nhập vào Việt Nam trong những năm đầu của thập niên 1990, trồng nhiều ở các tỉnh Đồng Tháp, An Giang, Long An, và một số vùng khác, diện tích trồng rộng ở tỉnh An Giang

- Giống Jasmine có thời gian sinh trưởng 105 - 110 ngày - Chiều cao cây 110 - 115cm và độ dài bông 26,2cm

- Số hạt chắc trên bông là 106 hạt Trọng lượng 1000 hạt 26 gram thuộc nhóm hạt to

- Chiều dài hạt 6,9cm, tỉ lệ dài/rộng là 3,05

- Tán lá đứng, đẻ nhánh trung bình mùi thơm nhẹ ở cấp 5, mềm cơm, ngon, ngọt cơm, không bạc bụng

- Hàm lượng amylose 18 - 22% - Năng suất 4 - 6 tấn /ha

- Tuy nhiên, Jasmine nhiễm rất nặng với các loại sâu hại chính ở Đồng bằng sông Cửu Long như rầy nâu, bệnh bạc lá, bệnh đạo ôn, một số các bệnh siêu vi trùng lúa cỏ, lùn xoắn lá

Đây là thành tựu khá nổi bật của các nhà chọn giống, bởi vì trên 20 năm lai tạo và chọn lọc, người ta đã thất bại trong phát triển giống lúa thơm có dạng hình cải tiến, ngắn ngày, năng suất cao Có thể Jasmine là giống đầu tiên có được các tiêu chuẩn ấy Rất tiếc nó bị nhiễm nhiều sâu bệnh hại quan trọng, cần thận trọng trong sản xuất giống này

2.2.1.3 Giống lúa VD20 [2]

VD20 là giống lúa được du nhập từ Đài Loan và được Viện lúa Đồng bằng sông Cửu Long tiến hành khảo nghiệm trên diện rộng VD20 có các đặc tính như sau:

- Thời gian sinh trưởng 100 ngày (Đông Xuân) và 105 ngày (Hè Thu) - Chiều cao cây 100 - 105 cm

- Cứng cây, nở bụi khá, phiến lá có màu xanh hơi nhạt, gốc thân và bìa lá có màu tím Trung bình có 7 bông / bụi

- Bông to, dài 25 - 26 cm, hạt chắc trên bông 180 – 190 hạt, tỉ lệ lép thấp (dưới 10%) Giai đoạn vào chắc nhanh

- Hạt nhỏ, trọng lượng 1000 hạt từ 20 – 21gram, gạo rất trong, chiều dài hạt gạo lức 6,16mm, tỉ lệ gạo nguyên cao (88%), trọng lượng vỏ trấu 20,8%

- Đặc biệt có mùi thơm từ giai đoạn mạ đến chín giống như lúa thơm Jasmine

- Mức độ nhiễm rầy nâu và vàng lá nhẹ

- Thích hợp vụ Đông Xuân hơn Hè Thu Năng suất thực tế vụ Đông Xuân là 6,16 tấn / ha (trên diện tích 650 m2)

- Hàm lượng amylose thấp (18 – 20%), cơm dẻo, mềm và có mùi thơm nhẹ

2.2.1.4 Giống lúa ST3 [2]

Giống lúa ST3 do kỹ sư Hồ Quang Cua thanh lọc từ những dòng biến dị của giống lúa VD20 bằng phương pháp chọn lọc cá thể theo hướng tiến gần tới tiêu chuẩn gạo thơm cao cấp của Thái Lan (dài hạt gạo 7 mm) ST3 có các đặc tính sau:

- Thời gian sinh trưởng 112 – 117 ngày (vụ Hè Thu), 100 – 105 ngày (vụ Đông Xuân)

- Chiều cao cây 110 – 115 cm, đẻ nhánh mạnh, gốc nâu, bản lá to, dài, có màu tím dọc theo mép lá

- Giống cao cây, chịu phân kém, dễ đổ ngã - Nhiễm rầy nâu, nhiễm cháy lá nặng

- Hạt gạo rất dài (7,5 – 8 mm), gạo trong, rất ít bạc bụng, thơm đậm, bền mùi, cơm mềm, dẻo

- Năng suất bình quân: 3 – 4 tấn / ha (vụ Hè Thu), 6 – 7 tấn (vụ Đông Xuân)

2.2.2 CÁC NGHIÊN CỨU VỀ HOÁ SINH CHẤT THƠM CỦA LÚA GẠO 2.2.2.1 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) [73] 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 thấp 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 [73]

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) [58]

Tsuzuki và ctv (1981) [67] và Buttery và ctv (1983b) [20] 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 [17] Năm 1988, Buttery và ctv [22] 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) [19] 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) [66] đã tỏ ý hoài nghi rằng có thể chất này được hình thành trong quá trình nấu nướng Suvarnalatha và ctv (1994) [61] 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) [69] 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) [41] đã xác định trong gạo thơm có 16 loại hydrocarbon, 15 loại alcohol

Lorieux và ctv (1996) [43] 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) [47] 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) [46], 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) [19] 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) [69], 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 bảo quản (Simon và ctv, 1980; Paillard, 1981) [55, 45] 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 [47]

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) [13] Quan điểm thứ 2 cho rằng chất thơm lúa gạo, do vòng pyrrol kiểm soát tính thơm của chất 2-acetyl-1-pyrroline (Buttery và ctv, 1983a) [19]

2.2.2.2 Hợp chất thơm 2 – acetyl – 1 – pyrroline

3

Hình 2.2 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 [19, 22] Buttery và ctv (1983a) [19] đã chiết xuất 2 – AP và những hợp chất bay hơi khác từ gạo bằng cách sử dụng hệ thống chiết xuất 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 [21]

Hình 2.3 Phổ đồ hợp chất 2 – acetyl – 1 – pyrroline (A: Tanchotikul and Hsieh, 1991; B: Varaporn và Sarath, 1993) [64, 68]

Năm 1983, Buttery và ctv [19] 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 và mùi thơm tích lũy tương tự như loại bắp nổ

(pop corn) Theo Buttery và ctv (1982, 1983a) [18, 19], 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) [19] 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) [75], 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 [70] 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) [19], 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 [68]

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) [9] 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) [35] thực hiện so sánh mùi thơm giữa lúa thơm (Basmati) và lúa không thơm Xác định hợp chất thơm dựa trên các peak

pentadecan-one, hexanol, pentylfurane với nồng độ cao ở lúa Basmati Chất 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) [20]

2-2 – AP 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) [47]

2 – AP 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) [51]

Theo Buttery và ctv (1983a) [19], 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) [47], 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) [77] sẽ phản ứng với những sản phẩm của quá trình phân hủy đường tạo ra AcPy (Schieberle, 1989, 1990; Tressl và ctv, 1985) [53, 54, 65]

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 [9]

Theo Varaporn và Sarath (1993) [68], nồng độ 2 – AP trong gạo sẽ giảm đối với những gạo được lưu trữ trong thời gian dài

Bảng 2.1 Các yếu tố ảnh hưởng đến việc hình thành và lưu giữ mùi thơm trong gạo thơm (nguồn Singh và ctv, 2000) [58]

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

2.3 PHƯƠNG PHÁP VI CHIẾT XUẤT TRÊN PHA RẮN (SPME)

 Nguyên tắc

SPME là 1 phương pháp chiết xuất không cần sử dụng dung môi, được phát minh bởi Pawliszyn và cộng sự từ năm 1989 [34] 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

 Đặc điểm

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

2.4 SẮC KÝ KHÍ (Gas Chromatography - GC)

 Nguyên tắc

Nguyên tắc của sắc ký khí là mỗi cấu phần trong gạo thơm sẽ bị hấp thụ trên pha tĩnh của cột phân tích khác nhau nên có thời gian lưu khác nhau Trên cơ sở khác nhau về thời gian lưu này mà người ta có thể định tính và định lượng cấu tử cần nghiên cứu [11]

2.5 SẮC KÝ KHÍ GHÉP KHỐI PHỔ (GC/MS)

Sắc ký khối phổ là một loại sắc ký đặc biệt, vì sau khi ra khỏi cột sắc ký, các cấu phần được lần lượt cho vào buồng MS để thực hiện việc ghi phổ của từng cấu phần Nhờ một phần mềm, các phổ MS này được so sánh với các phổ MS chuẩn chứa trong thư viện của máy tính Do đó để tăng độ chính xác cho sự dò tìm và so sánh, thư viện phổ khối lượng cần phải có nhiều phổ chuẩn Độ tương hợp giữa phổ MS của các cấu phần và phổ mẫu có tính tương đối tùy thuộc phần mềm phụ trách việc so sánh, thường thì độ tương hợp càng lớn thì xác suất định danh càng cao Kinh nghiệm về thành phần hóa học và kiến thức về phổ khối lượng có tính quyết định rất lớn đến độ chính xác của kết quả định danh Đầu dò phổ khối lượng có độ nhạy cao, khoảng 10-6 – 10-9 g, do đó có thể xác định được những cấu phần có hàm lượng thấp mà các phương pháp khác không thể thực hiện được Sắc ký khối phổ có khả năng định danh cao, khả năng dò tìm nhanh, lượng mẫu sử dụng ít [11]

Chương 3

VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

3.1 THỜI GIAN VÀ ĐỊA ĐIỂM TIẾN HÀNH

- Địa điểm: Trung tâm phân tích thí nghiệm hóa sinh trường Đại học Nông Lâm TP.HCM, nhà lưới thuộc trường Đại học Nông Lâm

- Thời gian: tháng 3/2007 đến tháng 7/2007

3.2 VẬT LIỆU, HOÁ CHẤT VÀ THIẾT BỊ

- Vật liệu: 4 giống lúa thơm Jasmine, VD20, ST3, OM3536

- Hoá chất sử dụng: ethanol (Merck), acetone (Merck), methanol (Merck), collidine (2,4,6-trimethyl pyridine) (Merck), nonanal (Merck), hexanal (Merck), hexanol (Merck), tetradecane (Merck), octanol (Merck), decanal (Merck), pentanol (Merck), KOH (Merck)

2,4,6 Dụng cụ và thiết bị:

Tủ mát, Darling (Việt Nam) Tủ lạnh, Hitachi (Japan)

Máy bóc vỏ trấu TR200 (Nhật)

Cân điện tử BP 210S – Sartorius AG Gottingen (Đức)

Máy sắc ký khí HP 6890 N (G1540N) – Agilent Technologies (Mỹ) Máy sắc ký khối phổ HP 6890 N (G1530N) – Agilent Technologies (Mỹ)

Kim SPME (SupelcoTM SPME fiber holder) – Bellefonte, PA (Mỹ) Máy nhiệt từ, Ikamag (Đức)

Bồn siêu âm Power sonic 510 – Hwashin Technology Co (Hàn Quốc) Tủ sấy, Memmert (Đức)