Chất lượng nấu nướng ựược ựánh giá qua các chỉ tiêu về hàm lượng amylase, hương thơm, nhiệt ựộ hóa hồ, ựộ bền gen, và các phẩm chất của cơm nhưựộ nở, ựộ hút nước, ựộ bóngẦ.
* Hàm lượng amylose
Hàm lượng amylose ựược coi là quan trọng bậc nhất ựể xác ựịnh chất lượng nấu nướng của gạo. Dựa vào hàm lượng amylose trong nội nhũ, các giống lúa ựược phân thành hai nhóm waxy (1-2%) (gạo nếp), non waxy (>2%) (gạo tẻ).
Theo IRRI (1996) hàm lượng amylose là một yếu tố rất quan trọng ảnh hưởng ựến chất lượng nấu nướng và ăn uống. Gạo của các giống lúa ựược phân loại theo hàm lượng amylose như sau:
Loại Amylose (%) Chất lượng cơm
Gạo dắnh 0-2 Rất dẻo
Amylose thấp 2-20 Mềm và dẻo
Amylose trung bình 20-25 Mềm
Amylose cao 25-34 Khô và cứng
Tuy nhiên trong cùng một nhóm có hàm lượng amylose cao (>25%), giống nào có ựộ bền gen mềm thì giống lúa ựó có cơm mềm hơn và ựược ưa chuộng nhiều hơn (Khush và cs, 1979). Người ta chia ựộ bền gen theo các
Trường đại học Nông nghiệp Hà Nội Ờ Luận văn thạc sỹ khoa học Nông nghiệp ẦẦẦ22
dạng rất mềm (81-100mm), mềm (61-80mm), trung bình (41-60mm), cứng (35-40mm), và rất cứng (<35mm).
đa số các giống lúa ở Việt Nam, Thái Lan, Myanma, Ấn độ ựều có hàm lượng amylose cao. Gạo của các giống lúa có hàm lượng amylose cao ựều cho cơm rất nở và có ựộ nát khá cao. Các loại gạo này cho cơm khô, mềm và trở nên cứng khi ựể nguội. Gạo của các giống lúa có hàm lượng amylose thấp khi nấu thường nhão và kết dắnh. Tất cả các giống lúa Japonica ở các vùng ôn ựới ựều có hàm lượng amylose thấp. đa số các giống lúa trồng ở Philippines, Malaysia, Indonesia ựều thuộc các giống lúa có hàm lượng amylose trung bình. Gạo của các giống lúa có hàm lượng amylose trung bình khi nấu ựều cho cơm hơi nhão, mềm và không bị cứng khi ựể nguội.
đi sâu vào nghiên cứu tắnh di truyền của hàm lượng amylose chưa có kết quả chắnh xác. Theo Kymar và Khush (1986) thì hàm lượng amylose do một cặp gen ựiều kiển và hàm lượng amylose là trội hoàn toàn so với hàm lượng amylose trung bình và thấp. Hàm lượng amylose trung bình và thấp ựược ựiều khiển bởi gen ựơn (tác ựộng chắnh) và một số gen nhỏ cùng tác ựộng lên tắnh trạng này. Do vậy muốn con lai có hàm lượng amylose trung bình thì một trong hai bố mẹ phải có hàm lượng amylose trung bình.
Hàm lượng amylose có tương quan tương ựối chặt chẽ với ựặc ựiểm nông sinh học của các giống lúa như: chiều cao cây, chiều dài bông, khối lượng 1000 hạt. Hàm lượng amylose thấp có tỷ lệ gẫy cao, ựộ dẻo và ựộ dắnh cao (Vũ Văn Liết, 1995).
Theo D.B.Yoon (2006) các gen ac3, ac5 và gen ac7 nằm trên nhiễm sắc thể số 3,5,7 quy ựịnh hàm lượng amylose của các giống lúa.
N.M.Ayres và cs (1996) nghiên cứu 92 mẫu lúa bản ựịa và giống lai tạo tại bang Texas của Mỹ thấy rằng hàm lượng amylose dao ựộng từ 12-26%.
Trường đại học Nông nghiệp Hà Nội Ờ Luận văn thạc sỹ khoa học Nông nghiệp ẦẦẦ23
Amylose có cấu tạo mạch thẳng không phân nhánh tạo thành từ 300- 1000 gốc glucose nhờ vào liên kết α-(1-4) glucosit. Amylose phân bố bên trong hạt tinh bột nên tan trong nước nóng nên ựộ nhớt không cao, dễ lắng cặn, gây phản ứng tủa với butanol và pentanol, bị hồ hóa khi ựun nóng. Ở lúa, amylose có trọng lượng phân tử là 100-200kDa. Chuỗi amylose tạo thành có dạng xoắn lò so với 6 gốc glucose trên một vòng, mỗi vòng xoắn hấp thụ 1 phân tử iodine vào bên trong tạo thành dung dịch màu xanh, khi ựun nóng thì iodine tách ra làm mất màu xanh. Người ta ựã dựa vào ựặc tắnh này ựể xác ựịnh hàm lượng amylose có trong tinh bột. Hàm lượng amylose cao hay thấp quyết ựịnh ựến chất lượng cơm dẻo, mềm hay cứng.
Amylopectin có cấu trúc phân nhánh, ngoài liên kết α-(1-4) glucosit tạo mạch thẳng như phân tử amylose thì mạch nhánh ựược tạo thành nhờ có thêm liên kết α-(1-6) glucan. Trọng lượng phân tử amylopectin khoảng 500.000- 1000.000 kDa. Amylopectin thường phân bố ở mặt ngoài hạt tinh bột. cấu trúc của nó gồm mạch thẳng trung tâm chứa liên kết α-(1-4) glucan, từ mạch nhánh này có khoảng 10-20 gốc glucose lại phát ra một trụ dài chừng vài chục gốc glucose. Amylopectin tan trong nước và khi ựun nóng sẽ bị hồ hóa, dựa vào ựặc ựiểm này người ta xác ựịnh ựược ựộ bền gen và nhiệt ựộ hóa hồ của tinh bột. Nhiệt ựộ hóa hồ cang cao thì thời gian nấu chắn cơm càng lâu.
Các ngiên cứu ựã chỉ ra một số enzyme tham gia tổng hợp tinh bột: ADP-glucose pyrophosphate synthase (AGPase) tổng hợp glucose-1- phosphate thành ADP-glucose (Pressis và cs, 1991) granule-bound starch synthase (GBSS) gắn lần lượt các gốc glucose ựã hoạt hóa vào ựuôi không khử của chất mồi (là một oligosaccharid gồm 4 gốc glucose liên kết bằng liên kết 1-4 glycoside) với liên kết α-(1-4) glucan tạo thành các amylose mạch thẳng; starch branching enzyme (SBE) cắt chuỗi liên kết α-(1-4) glucan và tạo thành liên kết α-(1-6) glucan hình thành nên các phân tử amylopectin; soluble
Trường đại học Nông nghiệp Hà Nội Ờ Luận văn thạc sỹ khoa học Nông nghiệp ẦẦẦ24
starch synthase (SSS) cũng có vai trò phân nhánh tạo amylopectin. Trong ựó GBSS là enzyme quan trọng nhất quyết ựịnh ựến chất lượng nấu nướng và ăn uống do quyết ựịnh ựến hàm lượng amylose trong nội nhũ của hạt (Li và cs, 1987)
Emzyme granule-bound starch synthase (GBSS) ựược mã hóa bởi gen waxy (wx) nằm trên NST số 6 (Okagaki & Wessler, 1988). Wang et al, 1990 ựã xác ựịnh trình tự gen waxy trên giống lúa O. Sativa (Japonica Heng-feng) cho thấy wx dài 5499bp gồm 14 exon và 13 intron. M.Umeda, H.Ohtsubo & E.Ohtsubo (1991) ựã xác ựịnh trình tự gen waxy trên giống lúa O. glaberrima
có kiểu hình gạo dẻo (GMS2) thấy wx dài 4252bp cũng gồm 14 exon và 13 intron. Các nghiên cứu trước ựây cho thấy locus wx có ắt nhất 3 allen có chức năng khác nhau Wxa, Wxb vộ wx lần lượt trong các giống Indica, Japonica và glutinous rice (Sano, 1984).
Khi so sánh giữa 2 allen Wxb và Wxa thấy rằng Wxa tăng cường hoạt ựộng của GBSS do ựó làm tăng hàm lượng amylose trong nội nhũ hạt hơn so với Wxb (Y.Sano, M.Katsumata và cs, 1986). Allen Wxa chủ yếu trong các giống lúa O. sativa Indica trong khi allen Wxb chủ yếu có trong giống lúa O.sativa Japonica, và ựó là nguyên nhân làm cho các giống lúa Japonica
thường dẻo hơn các giống Indica (Wang và cs, 1995). So sánh trình tự giữa Wxa với Wxb cho thấy xuất hiện ựột biến thay thế 1 nucleotide G (ở Wxa là AGGTATA) bằng T (ở Wxb là AGTTATA) tại ựầu 5Ỗ cựa intron 1. Kết quả ựã làm giảm hiệu quả cắt bỏ intron 1 của tiền mARN ựể tạo thành mRNA thành thục dẫn ựến giảm lượng enzyme GBSS ựược tạo thành (Wang và cs, 1995; Cai và cs, 1998; Ishiki và cs, 1998; Hirano và cs, 1998). Dựa trên cơ sở này, Liu và cs. (2006) ựã thiết kế chỉ thị phân tử CAPS dựa trên phương pháp PCR-AccI ựể chuyển gen Wxb qui ựịnh hàm lượng amylose trung bình từ dòng bố 9311, YH559 vào các dòng duy trì Indica (LTF-B, ZS-B,) rồi vào
Trường đại học Nông nghiệp Hà Nội Ờ Luận văn thạc sỹ khoa học Nông nghiệp ẦẦẦ25
dòng mẹ (LTF-A, ZS-A) nhằm tạo ra con lai F1 vừa cho ưu thế lai cao vừa có hàm lượng amylose trung bình.
Hirano và cs (1998) ựã nghiên cứu sự tiến hoá của gene waxy ở lúa cũng ựã chỉ ra rằng ựột biến làm thay ựổi nucleotide G thành T tại ựầu 5Ỗ- intron 1 là nguyên nhân tạo ra allen Wxb từ Wxa. Nghiên cứu ựã ựưa ra sơ ựồ sau:
Như vậy, có gen Wxa thì hàm lượng amylose sẽ cao và làm cho cơm cứng. khi có gen Wxb thì gạo sẽ tắch lũy ắt amylose nên cơm dẻo.
Mặc dù hàm lượng amylose quyết ựịnh ựến ựộ cứng của cơm, các giống có hàm lượng amylose tương tự nhau thì hàm lượng amylopectin lại là nguyên nhân làm thay ựổi chất lượng gạo (Li và cs, 1987). Do ựó cấu trúc và ựặc tắnh của amylopectin cũng ựóng vai trò quan trọng ựến chất lượng gạo (Ong & Blanshard, 1995; Han & Hamaker, 2001).
Amylopectin ựược tổng hợp nhờ khả năng tạo mạch nhánh của enzyme SBE (starch-branching enzyme). Enzyme SBE rất ựa dạng ở thực vật bậc cao. Yamanouchi & Nakamura (1992) ựã chia enzyme SBE có trong nội nhũựang phát triển, trong lá, thân và rễ lúa thành 2 gia ựình là SBEI (SBEI family) và SBEII (SBEII family). Trong SBEI family có 1 ựẳng trương ựồng phân SBE1 do gen sbe1 qui ựịnh, nó tổng hợp gần 30% lượng amylopectin trong hạt.
Trường đại học Nông nghiệp Hà Nội Ờ Luận văn thạc sỹ khoa học Nông nghiệp ẦẦẦ26
Trong dạng SBEII family có ựẳng trương ựồng phân SBE3 quyết ựịnh tới gần 70% hàm lượng amylopectin, và do gen sbe3 qui ựịnh (Yue Reng và cs, 2003).
Yue Reng và cs (2003) khi xác ựịnh và so sánh trình tự 2 gen sbe1 và sbe3 giữa các giống Indica và Japonica ựã phát hiện ra rằng gen bse1 ở Japonica xuất hiện một ựoạn dài 335bp chèn vào phắa trước codon mở ựầu, tại exon 14 (exon cuối cùng) của gen sbe1 có sựựa hình một nu ựơn (SNP): nucleotide T ở giống Indica ựược thay bằng nucleotide C ở giống Japonica. đối với gen sbe3, tại ựầu 3Ỗ vùng không mã hoá (3Ỗ-UTR) có 1 SNP: nucleotide C ở giống Indica ựược thay bằng nucleotide G ở Japonica.
Một nghiên cứu mới nhất của Yan Chang-Jie và cs (2007) ựã ựề cập ựến một vấn ựề rất thú vị, ựó là nghiên cứu sự tác ựộng riêng lẻ và kết hợp của các allen trên cả 3 locus gen wx, sbe1 và sbe3. Ở ựây ựể phân biệt 2 allen wxi và wxj tác giảựã sử dụng mồi PCR-AccI dựa vào SNP tại ựầu 5Ỗ intron 1. Và ựể phân biệt các allen của sbe1 và sbe3 tác giả ựã thiết kế mồi STS dựa vào việc so sánh trình tự của promoter. Kết quả thu ựược ở mồi STS cho gen sbe1 là vạch băng dài 548bp trên giống Indica và 882bp trên giống Japonica
(do có ựoạn dài 335bp chèn vào trước codon mở ựầu), kết quả cho gen sbe3 là vạch băng dài 153bp trên giống Indica và 140bp trên giống Japonica. Sử dụng các mồi STS và PCR-AccI ựã giúp tác giả xác ựịnh ựược kiểu gen ở 3 locus của 53 giống. Kết quả cho thấy những giống Indica và Japonica không phải dều mang alen Indica hay Japonica trên cả 3 locus. Trên nền gen wxi thì alen khác của locus gen sbe3 có ảnh hưởng lớn ựến hàm lượng amylose (kiểu gen wxisbe1isbe3itổng hợp cao hơn 3% so với kiểu gen wxisbe1isbe3j). Và với nền gen wxi thì sự khác nhau về allen sbe1 có ảnh hưởng lớn nhất ựến ựộ bền gen. Như vậy gen sbe1 và sbe3 có ảnh hưởng khác nhau ựến chất lượng gạo và không phải giống nào có allen wxi thì cũng ựều cho gạo cứng mà nó còn
Trường đại học Nông nghiệp Hà Nội Ờ Luận văn thạc sỹ khoa học Nông nghiệp ẦẦẦ27
phụ thuộc vào locus gen sbe1 và sbe3. Do vậy việc tăng cường allen Japonica trong các giống lúa Indica ở 3 locus gen này sẽ làm giảm hàm lượng amylose và là tăng chất lượng gạo.
Tại Việt Nam, việc nghiên cứu về hàm lượng amylose trong các giống lúa cũng ựã rất ựược chú ý trong những năm vừa qua. Tại Viện lúa đồng bằng sông Cửu Long, các nhà chọn giống ựã sử dụng MAS trong chọn giống có hàm lượng amylose thấp và trung bình trên cơ sở marker phân tử. N.T.Lang và B.C.Bửu ựã sử dụng microsatellite marker liên kết với hàm lượng amylose trung bình là WxF-R ựịnh vị trên NST số 6. Kết quả nghi nhận QLT mục tiêu liên kết với marker này ựã giải tắch biến thiên kiểu hình hàm lượng amylose trung bình là 17,8% cho cặp lai IR64/ Hoa Lài và 19,7% cho IR24/ Khao Dawk Mali105. Khi ựánh giá trên quần thể của Nàng Nhen và OM3536 về mức ựộ ước ựoán chắnh xác giữa kiểu gen và kiểu hình ựạt 97%.
Tuy nhiên một thử thách cho các nhà chọn giống chắnh là hiện tượng tắch lũy amylose ở những thế hệ con lai sau cùng. Các yếu tố có khả năng thay ựổi hàm lượng amylose gồm có: trong thời gian vào chắc, hàm lượng amylose giảm khi nhiệt ựộ tăng ựối với nhóm Japonica, trái lại hàm lượng amylose giảm khi nhiệt ựộ thấp hơn 290C ựối với nhóm Indica.(Bùi Chắ Bửu, 2004).
Cấu trúc tinh bột nội nhũ cũng có sự thay ựổi theo các ựiều kiện trồng khác nhau nhất là ựiều kiện nhiệt ựộ vào giai ựoạn phát triển hạt. Ở nhiệt ựộ thấp hơn 300C thì hàm lượng của amylopectin mạch ngắn cao hơn ở nhiệt ựộ 25oC. Khi nhiệt ựộ tăng cao hơn 300C thì hàm lượng amylopectin mạch dài lại cao hơn ở nhiệt ựộ 25oC. (Asaoka và cs, 1985). Sự thay ựổi vềựiều kiện chiếu sáng cũng dẫn ựến sự thay ựổi hàm lượng amylose. Trong ựiều kiện chiếu sáng yếu, hoạt ựộng của enzyme tổng hợp amylopectin lại tăng lên. (Tian và cs, 2006). Hàm lượng còn bị giảm nhẹ khi bón ựạm nuôi hạt và có thể tăng theo mức ựộ xát và thời gian bảo quản. Chắnh vì vậy ựể có chất lượng gạo tốt
Trường đại học Nông nghiệp Hà Nội Ờ Luận văn thạc sỹ khoa học Nông nghiệp ẦẦẦ28
cần phối hợp chặt chẽ giữa công tác chọn giống với biện pháp trồng trọt, thu hoạch và bảo quản.
* Mùi thơm
Mùi thơm hay còn gọi là bột thơm. Mùi thơm là một chỉ tiêu rất quan trọng khi ựánh giá chất lượng gạo. mùi thơm ựược chia làm 3 mức: không thơm, hơi thơm và thơm.
Trên thế gới, tắnh trạng mùi thơm ựã ựược nghiên cứu khoảng từ thập kỷ 80 của thế kỷ XX.
Khi nghiên cứu về mùi thơm Ramiah và Rao (1953) cho rằng hương thơm ở gạo có ựược nhờ sự khác nhau của tỷ lệ trội: lặn là 9: 7; 15:1; 13:3. Nagaraju và cs (1975), Raghuram Redy và cs (1981) cho rằng tắnh thơm ựược kiểm tra bởi sự có mặt ựồng thời 3 gen trội bổ sung và có tác dụng ngay từ thời kỳ sinh trưởng sinh dưỡng. Sood và Siddig (1978) lại thấy rằng tắnh thơm do cặp gen lặn ựiều khiển hoạt ựộng ở cả lá và hạt. Còn Tomar và Nanda (1983) cho rằng tắnh thơm ựược kiểm tra bởi 2 hoặc 3 gen bổ sung.
Mùi thơm là một tắnh trạng số lượng, nó dễ bị mất ựi sau một thời gian bảo quản trong kho. Mùi thơm do các hợp chất hoá học tạo nên như este, xeten, aldehytẦ(Lê Doãn Diên, 1984).
Trần đình Long và Hoàng Văn Phần (1996) quan sát thấy tắnh thơm do cặp gen lặn ựiều kiển hoạt ựộng ở cả lá và hạt, còn đỗ Khắc Trình (1994) xác ựịnh: tắnh trạng mùi thơm do 2 hoặc 3 gen kiểm tra.
Khi nghiên cứu mùi thơm của các giống lúa ựặc sản, Nguyễn Hữu Nghĩa và Lê Vĩnh Thảo (2006) thấy rằng không có sự chênh lệch giữa mùi thơm trên lá và mùi thơm trên hạt của các giống ựặc sản ựịa phương. Tuy nhiên cũng có những giống lúa chỉ thể hiện mùi thơm trên lá nhưng không có mùi thơm trên hạt và ngược lại.
Trường đại học Nông nghiệp Hà Nội Ờ Luận văn thạc sỹ khoa học Nông nghiệp ẦẦẦ29
Theo Lorrieux và cs (1996), mùi thơm ựược tạo nên bởi hơn một trăm loại chất dễ bay hơi như hydrocarbon, aldehydes, ketons, acids, esters, phenols, pyridines, pyrazines, 2-acetyl-1-pyrroline (2AP), và thành phần khác khi nấu cơm. Theo Buttery và cs (1983), thì 2AP là chất bay hơi và là thành phần chắnh tạo nên mùi thơm ở lúa . 2AP có cấu tạo gồm vòng pyrroline và nhóm methyl-keton. Trên cây lúa, 2AP ựược tạo thành trong ựiều kiện nhiệt ựộ bình thường và ựược tạo ra ở tất cả các bộ phận trên mặt ựất. L-proline là