Lúa gạo là cây lương thực chính trong cuộc sống hằng ngày của con người, là nguồn cung cấp năng lượng chủ yếu, đặc biệt là nguồn cung cấp năng lượng cho người châu Á. Trung Quốc, Ấn Độ và Indonesia chiếm 3/4 tổng lượng tiêu thụ gạo toàn cầu. Và các nước khu vực châu Á đang tăng 1.8% về tiêu thụ gạo cho mỗi năm, do đó nhu cầu về gạo tăng lên đến 70% trong hơn 30 năm tới (M.Hossain, 1997).
Nhu cầu gạo trên thế giới được quyết định bởi các yếu tố như tốc độ tăng dân số, đặc biệt của các quốc gia tiêu thụ gạo, giá cả, thu nhập và tốc độ đô thị hoá. Bởi là loại hàng hoá cơ bản, nhu cầu tiêu thụ gạo ít chịu sự chi phối bởi giá nhưng lại ảnh hưởng mạnh bởi thu nhập, đặc biệt là tốc độ đô thị hoá. Với các nước đang phát triển, thu nhập và nhu cầu có mối quan hệ thuận chiều, trong khi ở các nước tương đối phát triển (như Malaysia hay Trung Quốc), mối quan hệ là ngược chiều.
Cũng theo theo nghiên cứu của FAO (2006), xu hướng tăng dân số tại châu Á là yếu tố quan trọng giúp cho nhu cầu gạo tiếp tục tăng. Tuy nhiên, mức sống được cải thiện tại các quốc gia này lại là yếu tố khiến cho nhu cầu tiêu thụ gạo giảm (FAO, 2016).
Tổng sản lượng gạo sản xuất toàn thế giới năm 2014 được ước tính bởi USDA (2015) vào khoảng 476,9 triệu tấn. Các quốc gia sản xuất và tiêu thụ nhiều gạo nhất là Trung Quốc (30,4%), Ấn Độ (21,6%), và các nước thuộc khu vực Đông Nam Á. Trong các nước ASEAN, sản lượng sản xuất gạo của riêng năm nước Indonesia, Việt Nam, Thái Lan, Philippines, và Campuchia chiếm 21,2% thị phần trên thế giới (USDA, 2015).
3
Bảng 1. 1: Tình hình sản xuất và tiêu thụ gạo của một số nước trên thế giới năm 2014.
(USDA, 2015)
Quốc gia Sản xuất (tấn) Tiêu thụ (tấn) Xuất khẩu (tấn) Nhập khẩu (tấn)
Trung quốc 142.530 146.300 4.168 Ấn độ 106.540 99.180 10.901 5 nước ASEAN Indonesia 36.300 38.500 1.225 Việt Nam 28.161 22.000 6.325 Thái Lan 20.460 10.900 10.969 Philipines 12.200 12.850 1.800 Campuchia 4.725 3.650 1.000 Các nước khác 125.964 146.713 Tổng thế giới 476.880 480.093
Với nền nông nghiệp lúa nước lâu đời, Việt Nam luôn nằm trong danh sách xuất khẩu gạo lớn nhất thế giới. Trong những năm vừa qua, Ấn Độ, Thái Lan, Việt Nam, và Pakistan là những quốc gia xuất khẩu chính; trong khi đó, Trung Quốc, Nigeria, Iran, và Indonesia là những nước nhập khẩu chính (Kang et al, 2009).
Bảng 1. 2: Thị trường xuất khẩu gạo của Việt Nam ra thế giới năm 2013. (TS. Nguyễn Đức
Thành, 2015)
Đối tác nhập khẩu Sản lượng (tấn)
China 2.151.726
Malaysia 465.977
Cote D’lvorite 561.333
4 Gana 380.718 Singapore 356.537 HongKong 184.763 indonesia 156.853 Angola 116.738 Rusia 92.965 Angieri 95.494 Dongtimo 95.833 USA 56.603 1.1.4. Cấu tạo hạt thóc: Hình 1. 1: Cấu tạo hạt thóc
Cấu tạo một hạt thóc bao gồm: ▪ Phôi:
Phôi là nơi chứa nhiều chất dinh dưỡng, cũng là nơi cho cây non phát triển. Trong phôi chứa chủ yếu gồm có protein (khoảng 35% khối lượng chất khô của phôi), các glucid
5
hòa tan (khoảng 25%) và chất béo (khoảng 15%). Phôi sẽ là nơi bị côn trùng tấn công đầu tiên vì trong phôi chứa khá nhiều chất dinh dưỡng, phôi lại mềm và có độ ẩm cao.
Mặt khác trong phôi chứa khá nhiều chất béo (mà thành phần chủ yếu là các axit béo chưa no) nên dễ bị oxy hóa thành các andehit và xeton có mùi ôi khét khó chịu và đắng. Các hạt có phôi lớn thường khó bảo quản. Mặc dù trong phôi có chứa nhiều chất dinh dưỡng, trong quá trình chế biến hạt lương thực ra gạo hoặc bột người ta thường dùng mọi cách loại triệt để phôi nhằm giữ gạo và bột được lâu mà không có mùi khó chịu (Mai Lê, 2013).
▪ Nội nhũ:
Là bộ phận dữ trữ chất dinh dưỡng của toàn hạt, phần lớn tinh bột và protein của hạt lương thực đều tập trung ở nội nhũ. Tinh bột và protein là nguồn cung cấp tinh bột chủ yếu cho cơ thể con người và gia súc, do đó hạt càng có nội nhũ lớn thường cao hơn. Ngoài ra trong nội nhũ còn có một lượng chất béo, vitamin, chất khoáng,... đều là những chất cần thiết cho cơ thể con người và gia súc.
Nội nhũ có thể được chia thành 2 phần: nội nhũ bên ngoài, ngay dưới lớp subaleurone và nội nhũ bên trong hoặc ở giữa (lõi trung tâm) (Lu et al, 1991).
Hàm lượng protein cao nhất ở các lớp bên ngoài và hàm lượng tinh bột cao nhất ở giữa nội nhũ. Phần nội nhũ ở giữa, các hạt tinh bột có hình lục giác, rất nhỏ gọn và chiếm phần lớn không gian nội bào trong các tế bào tinh bột. Còn phần tinh bột gần giữa trung tâm và bên ngoài hạt, các tế bào tinh bột trở nên dài ra và hướng ra bên ngoài. Chính vì thế thành của hạt gạo bị ảnh hưởng bởi cấu trúc tế bào tinh bột dạng dài và dẫn đến vỡ hạt do tác động cơ học hoặc độ ẩm. Bên cạnh đó, nội nhũ cũng chứa rất ít hàm lượng lipid và hàm lượng prtein còn thấp hơn so với lớp cám (Wayne E. Marshall et al, 1994).
▪ Vỏ: Là bộ phận giúp bảo vệ lớp nội nhũ và nhân khỏi các tác nhân bên ngoài.
Lớp vỏ này có thể dày hay mỏng tùy theo từng loại hạt (PGS.TS Trần Như Khuyên, 2007).
Nó chiếm khoảng 18-20% trọng lượng của gạo. Vỏ trấu chứa rất ít protein, chất béo và tinh bột nhưng có nhiều chất xơ thô, khoáng (chủ yếu là silica). Vỏ trấu là phần duy nhất của hạt chứa silica đáng kể (silicon dioxide). Vỏ cũng chứa một lượng nhỏ canxi, natri,
6
magiê, kali, mangan, nhôm, sắt, đồng và kẽm nhưng hàm lượng của chúng không đáng kể về mặt dinh dưỡng (Juliano, 1985).
1.1.5. Thành phần hóa học:
Bảng 1. 3: Hàm lượng trung bình các chất có trong hạt thóc và các sản phẩm từ thóc
(PGS.TS Trần Như Khuyên, 2007) Tên sản phẩm Nước (%) Gluxit (%) Protit (%) Lipid (%) Xenlulo (%) Tro (%) Vitamin B (%) Thóc 13.0 64.03 6.69 2.10 8.78 5.36 5.36 Gạo lật 13.9 74.46 7.88 2.02 0.57 1.18 1.18 Gạo 13.8 77.35 7.35 0.52 0.18 0.54 0.54 Cám 11.0 43.47 14.91 8.07 14.58 14.58 11.0 Trấu 11.0 36.10 2.75 0.98 56.72 56.72
Các nhóm protein trong hạt: Albumin (hòa tan trong nước, đông tụ ở 70-80oC), Globulin (tan trong dung dịch muối trung tính ở 3-5% NaCl, K2SO4…). Prolamin (tan trong cồn 70%). Glutenin (tan trong kiềm loãng và axit loãng) (Mai Lê, 2013).
1.2. Gạo lứt đồ:
1.2.1. Định nghĩa:
Gạo đồ được sản xuất qua các giai đoạn: ngâm, hấp và sấy trước khi đem đi xay xát loại bỏ vỏ cám (gạo đồ) hay lớp trấu (gạo lứt đồ) (Prakash Oil, 2013). Quá trình đồ gạo làm thay đổi cấu trúc và sự phân bố dinh dưỡng trong hạt gạo. Gạo đồ thường được một số nước Nam Á tiêu thụ nhiều.
Trong quá trình sản xuất gạo trắng thì việc xay xát hay thiết bị hiệu suất kém làm cho tỉ lệ hạt gãy tăng lên. Chính vì vậy phương pháp đồ gạo ra đời đồng thời giảm thiểu được vấn đề gãy hạt do cơ học. Sự thay đổi đó chính là do khi hạt gạo gia nhiệt trong nước thì nó sẽ bị hồ hóa, làm cho protein trong lớp nội nhũ phân bố đều lại và hạt gạo trương nở. Điều đó giúp cấu trúc tinh bột bên trong được chặt chẽ hơn, gắn kết với nhau hơn (Amarjits. Bakshi và R. Paul singh, 1980).
7
Việc lựa chọn loại gạo như thế nào (ví dụ như: hàm lượng amylose, độ dài của hạt gạo,… ) và phương pháp đồ gạo tùy thuộc vào từng quốc gia, mục đích sử dụng cuối cùng
(Prakash Oil, 2013).
Hình 1. 2: Gạo đồ 1.2.2. Lịch sử hình thành gạo đồ:
Thái Lan là nước xuất khẩu gạo hàng đầu, đặc biệt là gạo đồ. Gạo đồ được sản xuất chủ yếu sang Nam Phi, Nigeria và các nước khác ở Châu Á, Châu Âu, Địa Trung Hải và Trung Đông. Các giống lúa phổ biến, được sử dụng để sản xuất gạo đồ, là Chainat 1 và Supanburi 1. Loại gạo này có năng suất và đặc tính chống côn trùng tốt hơn và cung cấp chất lượng sản phẩm tương tự Chainat 1. Đồ gạo cải thiện chất lượng gạo và do đó lấy giá sản phẩm cao hơn (Bor S. Luh, 1991).
Mục đích đồ gạo:
Ngày nay, người tiêu dùng thích sử dụng gạo chưa qua quá trình đánh bóng (hoặc chưa loại bỏ lớp bỏ cám) vì nhu cầu dinh dưỡng trong lớp vỏ cám. Do đó, nhu cầu gạo lứt và gạo đồ đang tăng lên vì sự nổi bật về dinh dưỡng và sức khỏe. Tuy nhiên, gạo lứt có một số nhược điểm như hấp thụ chất lỏng vào bên trong nhân chậm hơn (thời gian hồ hóa lâu hơn) vì lớp cám trong gạo lứt giữ được chất xơ, dẫn đến thời gian nấu kéo dài. Hơn nữa, hàm lượng dầu trong cám làm rút ngắn thời hạn sử dụng, vì cám trở nên ôi. Do đó, gạo đồ là một thay thế để giảm các vấn đề này (S. Parnsakhorn và A.Noomhorm, 2008).
Đồ gạo là một quá trình thủy nhiệt trong đó dạng tinh thể tinh bột có trong gạo (hạt gạo từ cánh đồng) được chuyển thành dạng vô định hình do kết quả của sự phồng lên và phản ứng tổng hợp của tinh bột. Nó được thực hiện bằng cách ngâm, hấp, sấy khô và xay xát
8
gạo. Quá trình đồ gạo tạo ra các biến đổi vật lý, hóa học và cấu trúc bên trong hạt lúa, làm tăng các lợi thế kinh tế và dinh dưỡng. Mục tiêu chính của việc đồ gạo là:
- Tăng tổng năng suất và năng suất đầu của lúa: Quá trình đồ cũng giúp sản phẩm ít bị côn trùng xâm nhập và các loại ngũ cốc cứng hơn, ít gãy trong quá trình xay xát
(R.J.B. Heinemann, 2004).
- Ngăn ngừa mất chất dinh dưỡng trong quá trình xay xát: Theo một nghiên cứu cho thấy nó ít mất chất dinh dưỡng hơn so với gao xay thường, nhất là giữ lại các khoáng chất và vitamin tan trong nước.
- Vớt lúa ướt hoặc bị hư hại ra.
- Chuẩn bị gạo theo các yêu cầu của người tiêu dùng (R.J.B. Heinemann và cộng sự, 2004).
Thành phần hóa học
Bảng 1. 4: Thành phần hóa học của các gạo lứt và gạo trắng trước và sau khi đồ (R.J.B.
Heinemann, 2004)
Độ ẩm % Protein % Chất béo % Khoáng %
Gạo lứt 12.6 6.85 2.65 1.21
Gạo lứt đồ 12.07 6.76 2.69 1.18
Gạo đồ 10.83 6.36 0.38 0.55
Gạo đã xay 11.10 6.66 0.5 0.47
Thành phần chủ yếu thay đổi sau quá trình đồ là hàm lượng khoáng. Trong gạo đồ hàm lượng khoáng cao hơn so với gạo xay 18%.
Bảng 1. 5: Hàm lượng chất khoáng trong 100g gạo đồ và gạo xay
Gao xay (%) Gạo đồ (%)
K 65.46 143.21
P 41.98 58.85
9 Ca 6.70 4.61 Zn 2.09 1.15 Fe 0.40 0.43 Na 0.53 0.59 Mn 0.45 0.28 Cu 0.18 0.17 Se 0.03 0.03 Tổng 132.88 224.75
Gạo đồ, dạng gạo được tiêu thụ nhiều nhất, cho thấy hàm lượng khoáng chất cao hơn so với gạo xay. Hàm lượng của Mg, Fe, Na và Se đã bị mất cùng hàm lượng trong gạo xay xát và đồ.
Các chất khoáng khác như Mn, Ca và Zn mất mát đáng kể trong gạo đồ do chế biến.
1.2.3. Tính chất hóa lý của gạo đồ:
Có rất nhiều tính chất của hạt gạo bị thay đổi sau khi trải qua quá trình đồ gạo.
Bảng 1. 6: Tính chất hóa lý của một số loại gạo (S. N. Raghavendra Rao, 1970)
Gạo lứt Tính chất Gạo thô Gạo đồ
Độ dài (mm) 5.55 7.28 5.54 - 7.38 Độ rộng(mm) 2.15 - 2.81 2.08 - 2.8 Độ cứng Gãy (kg) Nát (kg) 4.6 - 6.4 7.8 - 9.9 6.3 - 12.1 14.4 - 16.3 Độ ẩm (%) 10.3 - 12.8 10.8 - 12.5 Protein (% chất khô) Albumin (%) Globulin (%) 7.57 - 12.8 0.63 - 1.40 0.82 - 1.74 7.45 - 12.7 0.44 - 0.77 0.26 - 0.52
10 Prolamin (%) Glutenin (%) 0.2 - 0.4 3.98 - 6.7 0.15 - 0.19 1.8 - 4.33 Gạo được xay Nguyên hạt
% so với gạo bị xay % khi qua ray lỗ 80mesh
42.4 - 92.6 82.8 - 94.8
99.4 - 100 28.2 - 89.8
Amylose (% chất khô) 2.0 - 27.2 2.0 - 27.4 Độ dài hạt sau nấu (mm) 8.8 - 12.7 7.9 - 11.0
Độ rộng hạt sau nấu (mm) 2.3 - 3.2 2.7 - 3.6
Độ dài hạt thô (chưa nấu) (mm)
5.42 - 6.88 5.29 - 6.88
Độ rộng hạt thô (chưa nấu) (mm)
2.04 - 2.81 2.06 - 2.72
1.3. Curcuminoids
Nghệ là một gia vị rất phổ biến và quen thuộc. Không chỉ làm gia vị, nghệ còn nhiều tác dụng khác trong phòng và hỗ trợ điều trị bệnh. Trong đó, curcumin là thành phần có trong nghệ, là hợp chất phenol tự nhiên với hoạt tính sinh học cao.
1.3.1. Cấu tạo:
Curcumin và các dẫn xuất của nó được gọi là curcuminoids, gồm có demethoxycurcumin và bisdemethoxycurcumin.
Công thức hóa học:
11
1.3.2. Tính chất lý hóa:
Curcuminoids được biết là hợp chất tạo màu vàng trong củ nghệ, nhưng nó không ổn định trong điều kiện môi trường kiềm. Nó có điểm nóng chảy ở 176 -177°C; tạo thành muối màu nâu đỏ với kiềm (Chattopadhyay et al., 2004). Khi đo độ hấp thụ với dung môi methanol thì bước sóng hấp thu cực đại là 430nm. Dung môi acetone đem đo hấp thụ với curcumin thì bước sóng hấp thụ cực đai 415-420nm. Curcumin xuất hiện màu vàng tươi ở pH = 2.5-7 và khi pH >7 curcumin có màu đỏ (Anamika Bagchi, 2012).
Curcuminoids có độ hòa tan kém trong nước ở pH axit và sinh lý, và cũng bị thủy phân nhanh trong dung dịch kiềm. Do đó, các dẫn xuất curcumin được tổng hợp để tăng độ hòa tan và do đó khả dụng hoạt tính sinh học (Tomren MA et al, 2007). Curcuminoids tan trong dimethyl sulfoxide (DMSO), acetone và ethanol (Tiyaboonchai W et al, 2007) nhưng hòa tan kém trong lipid. Có thể làm tăng độ hòa tan curcuminoids trong nước với việc bổ sung chất hoạt động bề mặt hoặc chất đồng hoạt động bề mặt (Ayaprakasha GK, 2006).
Chúng nhạy cảm với oxy, khi trải qua quá trình oxy hóa: một số sắc tố của chúng phân hủy khi tiếp xúc với oxy; nhóm hydroxyl là chuyển đổi thành ketone không ổn định, sau đó, phân hủy thành các hợp chất có mạch cacbon ngắn và không màu (L.A.C.Zuanon, 2012).
Bên cạnh đó nó cũng bị ảnh hưởng bởi ánh sáng, curcumin được sử dụng là chất tạo màu trong thuốc như thuốc dạng viên…nhưng thông qua các thí nghiệm tiếp xúc với ánh sáng, nhận thấy có sự phai màu ở các viên thuốc (Auslander DE, 1977). Thuốc dạng viên nén có lớp vỏ áo bằng curcumin trong cloroform thấy rằng ánh sáng mờ dần hoàn toàn chỉ sau một giờ tiếp xúc với ánh sáng ban ngày (Hanne Hjorth Tennesen, 1986). Ngoài ra curcuminoids kém bền, dễ bị tiêu hóa bởi pH dạ dày hay bị cản trở bởi biểu mô ruột do đó để bổ sung một cách hiệu quả vào cơ thể thì cần có lớp màng bao bền như exosome - túi nang ngoại bào, chất mang vận chuyển các hợp chất sinh học đến tế bào… (Monika Vashisht et al, 2017).
Các hoạt động chống oxy hóa và khả năng chống oxy hóa của curcumin, dimethoxycurcumin và bitoremthoxycurcumin đã được nghiên cứu với các hệ thống mô hình in vitro. Kết quả cho thấy demethoxycurcumin và bitoremethoxycurcumin cũng là chất chống oxy hóa tốt, cùng với curcumin. Do đó, cucurminoid cũng được bổ sung vào thực
12
phẩm với mục đích chống oxi hóa, kéo dài thời gian bảo quan sản phẩm (G.K.Jayaprakasha et al, 2005).
Khả năng kháng khuẩn: nghiên cứu trên dịch trích từ củ nghệ (loại C. longa rhizome) cho thấy rằng nồng độ tối thiếu ức chế vi khuẩn 4-16g/l và nồng độ thấp nhất vi khuẩn có là 16-32g/l đối với các loại vi khuẩn S. epidermis ATCC 12228, Staph. Aureus ATCC 25923, Klebsiella pneumoniae ATCC 10031, và E. coli ATCC 25922 (15) ; Dịch chiết xuất bằng methanol của củ nghệ cho thấy nồng độ ức chế tối thiểu là 16 g / mL và 128 g / mL tương ứng 2 loài Bacillus subtilis và Staph. Aureus…. (N. Niamsa, 2009).
Một số nghiên cứu trong những năm gần đây đã cho thấy rằng curcumin có thể được xem là chất chống oxy hóa (mức độ tương đối), chống viêm, chống vi khuẩn, đặc tính chống ký sinh trùng, chống đột biến (Khanna.N, 1999) và có khả năng chống ung thư (Chearwae W, 2006).
13
CHƯƠNG 2: VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP
2.1. Nguyên liệu – hóa chất – thiết bị:
2.1.1. Nguyên liệu:
Giống lúa thuần OM4900 đã được lai tạo chọn lọc bởi các cán bộ khoa học tại Bộ môn di truyền chọn giống thuộc Viện Lúa đồng bằng sông Cửu Long. Tác giả là PGS.TS. Nguyễn Thị Lang và GS.TS. Bùi Chí Bửu. Phương pháp lai cổ truyền được áp dụng với giống bố là Jasmine 85 và giống mẹ là C53.
Về tỷ lệ nhiễm bệnh siêu vi trùng lùn lúa cỏ của giống OM4900 cũng thấp so với 42