Đối với lúa gạo, chất lượng nấu nướng được người tiêu dùng quan tâm nhất. Các loại gạo cho cơm ngon phải mềm xốp, hạt cơm nấu ít trương nở và có mùi vị đặc trưng. Tính chất mềm xốp của cơm phụ thuộc chủ yếu vào hàm lượng amylose/amylopectin trong thành phần tinh bột của hạt gạo. Trong công tác chọn tạo giống phẩm chất, các phương pháp xác định hàm lượng amylose trong nội nhũ gạo đã được ứng dụng rộng rãi và cho độ tin cậy cao (Juliano, 1971). Bên cạnh đó, độ bền gel liên quan đến độ mềm dẻo của cơm khi để nguội và độ trở hồ liên quan đến thời gian nấu cơm. Hai chỉ tiêu này tương quan với hàm lượng amylose đã được chứng minh trong nhiều nghiên cứu trước đây. Trong một số trường hợp, các nhà chọn giống có thể dựa vào cách thử độ trở hồ đơn giản để ước lượng hàm lượng amylose. Vì vậy, hai chỉ tiêu này được thực hiện để kiểm chứng cho hàm lượng amylose của hạt gạo.
2.1.1 Hàm lượng amylose (AC)
Hàm lượng amylose được coi là một trong những chỉ số quan trọng nhất quyết định phẩm chất gạo. Với những giống lúa cho gạo có hàm lượng amylose cao thường lâu chín, cơm khô và cứng khi để nguội. Gạo có hàm lượng amylose thấp hoặc rất thấp thường dính không tơi cơm, trong khi đó gạo có hàm lượng amylose trung bình thường tơi cơm, và không cứng khi để nguội nên được người tiêu dùng ưa chuộng.
Dựa vào hàm lượng amylose hiện diện trong gạo, các giống lúa được phân ra thành hai nhóm phẩm chất: waxy (hàm lượng amylose 1-2%) và nonwaxy (hàm lượng amylose > 2%). Đối với nhóm nonwaxy, hàm lượng amylose thấp khi AC ≤ 20%, hàm lượng amylose trung bình khi AC = 20-25%
và hàm lượng amylose cao khi AC > 25%. Các giống Basmati có nguồn gốc từ Ấn Độ và Pakistan hầu hết là giống có hàm lượng amylose trung bình. Trong khi đó, phần lớn gạo có nguồn gốc từ Việt Nam, Thái Lan, Myanmar và tiểu lục địa Ấn Độ có hàm lượng amylose cao (Trương Bá Thảo, 2006; Frei et al., 2003; Coffman and Juliano, 1987). Hàm lượng amylose trong gạo dao động từ 15-35%. Phần lớn các quốc gia trồng lúa thích loại gạo có hàm lượng amylose trung bình, ngoài trừ các giống japonica có hàm lượng amylose thấp (Nguyễn Ngọc Đệ, 2008). Hàm lượng amylose có thể thay đổi giữa các giống do môi trường và yếu tố di truyền (Chen et al., 2007; 2012). Một số nghiên cứu đã chỉ ra rằng sự tương tác giữa kiểu gen và nhiệt độ môi trường xung quanh ảnh
hưởng đến hàm lượng amylose trong hạt gạo (Nkori Kibanda and Luzi-kihupi, 2007; Patindol et al., 2015). Bên cạnh hai yếu tố trên, hàm lượng amylose cũng bị ảnh hưởng bởi độ dài của ngày (Lin et al., 2005). Vì vậy, trong cùng một địa điểm canh tác, hàm lượng amylose của cùng một giống thay đổi theo từng mùa vụ. Ahmed et al. (2015) cho rằng hàm lượng amylose bị ảnh hưởng bởi nhiệt độ môi trường xung quanh và nó giảm khi nhiệt độ môi trường ngày càng tăng.
Các nghiên cứu đã chỉ ra một số enzyme chủ yếu tham gia tổng hợp tinh bột: ADP glucophosphate synthetase (AGPase) hoạt hoá glucose 1 phosphate thành ADP glucose (Pressis et al., 1991). Granule – bound starch synthase (GBSS) gắn các ADP – glucose vào đoạn mồi bắt đầu từ đầu không khử bằng liên kết 1-4 glycozid. Enzym SBE cắt chuỗi liên kết 1-4 glucan và tạo liên kết α – (1-6) glucan tạo nên các phân tử amylopectin (Okagaki wessler, 1988). Soluble starch synthase (SSS) cũng có tác động đến sự tạo mạch nhánh. Tuy nhiên SBE có vai trò chủ yếu tới sự tổng hợp amylopectin.
Enzyme GBSS được mã hoá bởi gen waxy (Okagaki wessler, 1988). Gen waxy là gen chính quy định chỉ tiêu hàm lượng amylose. Gen này được chứng minh nằm trên nhiễm sắc thể số 6. Trình tự của gene waxy trên giống O.sativa (Japonica Heng-feng) dài 5499 bp gồm 14 exon, 13 intron (Wang et al., 1990); Trên cơ sở hàm lượng GBSS trong các loài non-waxy, đã tìm thấy 2 alen waxy là Wxa, Wxb lần lượt trên loài phụ indica và japonica, còn ở lúa nếp là alen lặn wx (Sano, 1980). Một số nghiên cứu khác cũng chỉ ra rằng trên locus Wx có ít nhất 3 alen có chức năng khác nhau Wxa, Wxb, wx lần lượt trong các loài indica, japonica và lúa nếp (Sano, 1984; Zhao et al, 2010; Kumar and Khush, 1986)
2.1.2 Độ bền thể gel (Gel Consistency)
Độ bền thể gel là một trong những chỉ tiêu quan trọng liên quan đến phẩm chất hạt gạo, quyết định độ mềm dẻo của cơm khi để nguội. Mặc dù hàm lượng amylose là yếu tố quyết định hơn chất lượng nấu nướng, nhưng sự khác nhau của độ bền gel cũng góp phần quyết định đến phẩm chất cơm (Nguyễn Thị Lang, 2005).
Độ bền thể gel được điều khiển bởi đơn gen. Một dãy alen ở cùng một locus, geca đối với gen điều khiển GC trung bình và gecb đối với gen điều khiển GC cứng (Cai et al., 1998; Tang et al., 1991). Việc chọn lọc các dòng có GC như ý muốn nên tiến hành ở thế hệ đầu. Theo Tang et al. (1991), F2 góp phần đến sự khác nhau trên tổ hợp lai và chịu ảnh hưởng bởi gen chính. Chang et al. (1991) nghiên cứu các quần thể F1, F2, F3, BC1 và BC2 và cho rằng độ bền thể gel được kiểm soát bởi đơn gen và có tính trội. Nhưng trong một
nghiên cứu khác, Tang et al. (2001) cho rằng GC được kiểm soát trên nhiều gen khi phân tích hạt đơn. Độ bền thể gel có mối quan hệ trực tiếp với hàm lượng amylose và một số đặc tính khác (Morgante and Olivieri, 1993). Trong cùng một nhóm có hàm lượng amylose giống nhau, giống lúa nào có độ bền thể gel mềm hơn, sẽ được ưa chuộng hơn (Hirano et al., 1998).
2.1.3 Nhiệt hóa hồ (Gelatinization Temperrature)
Nhiệt hóa hồ (GT) là một tính chất vật lý thể hiện sự biến đổi của tinh bột từ trạng thái này sang trạng thái khác và không hoàn nguyên khi nhiệt độ gia tăng ở ngưỡng xác định. Ngưỡng nhiệt độ xác định của độ trở hồ từ 55oC tới 79oC, lúc đó gạo biến thành cơm và không hoàn nguyên. Cấu trúc hạt tinh bột là do sự sắp xếp không gian của các sợi amylose và amylopectin hình thành nên. Khi có tác dụng của nhiệt độ hoặc hóa chất thì cấu trúc này bị phá vỡ và làm biến dạng hạt tinh bột, quá trình này được gọi là sự hóa hồ (sự trở hồ)-gelatinization, nhiệt độ cần thiết cho quá trình này diễn ra gọi là nhiệt hóa hồ (độ trở hồ) (Gelatinization temperature-GT). Theo Jenning et al. (1979) nhiệt hóa hồ là nhiệt độ mà khi đó nước được hấp thụ và hạt tinh bột phồng lên không hoàn nguyên, đồng thời dạng tinh thể biến mất. Nhiệt hóa hồ thường từ 55-79oC và được chia thành 3 nhóm chính: nhiệt hóa hồ thấp (dưới 70oC), nhiệt hóa hồ trung bình (70-74oC), nhiệt hóa hồ cao (trên 74oC)
Đặc tính vật lý của cơm có liên quan nhiều tới nhiệt hóa hồ, gạo có nhiệt hóa hồ cao thì ít nở, cần nhiều nước và thời gian nấu chín lâu hơn. Do vậy, hạt cơm đỗ lông khi nấu, đồng thời phản ánh độ cứng của hạt tinh bột và phôi nhũ.
Độ trở hồ có liên quan một phần với hàm lượng amylose của tinh bột, là yếu tố chính quyết định phẩm chất gạo khi nấu. Trong một số trường hợp, các nhà chọn tạo giống có thể dựa vào cách xác định độ trở hồ để ước lượng hàm lượng amylose. Tuy nhiên, việc ước lượng này chỉ có thể sử dụng cho giống lúa có hàm lượng amylose thấp vì nó có mối liên quan rõ rệt với độ trở hồ cao, còn giống lúa có hàm lượng amylose trung bình và cao thì đòi hỏi phải phân tích hàm lượng amylose (Khush and Ikehashi, 1979).
Nhiệt hóa hồ có liên quan một phần với lượng amylose của tinh bột, khi hạt tinh bột được tác động bởi nhiệt độ hoặc hóa chất thì các phân tử tinh bột bị phá vỡ thông qua sự nóng chảy hay còn gọi là nhiệt hóa hồ (Vũ Hiếu Đông và ctv., 2005). Chen et al. (1992) và Kiani et al. (2008) cho rằng độ trở hồ cao trội hoàn toàn so với độ trở hồ thấp. Độ trở hồ thấp không liên hệ chặt với hàm lượng amylose cao, thấp hay trung bình. Gạo có độ trở hồ cao có phẩm chất kém (Jennings et al., 1979).