Đồ án Khảo sát các yếu tố ảnh hưởng đến chất lượng gạo mầm từ gạo lứt nương đỏ Tây Nguyên (Điều kiện khảo sát: t = 25⁰C)

98 trang thiennha21 12/04/2022 2980

Download

Bạn đang xem 20 trang mẫu của tài liệu "Đồ án Khảo sát các yếu tố ảnh hưởng đến chất lượng gạo mầm từ gạo lứt nương đỏ Tây Nguyên (Điều kiện khảo sát: t = 25⁰C)", để tải tài liệu gốc về máy bạn click vào nút DOWNLOAD ở trên

Tài liệu đính kèm:

khao_sat_cac_yeu_to_anh_huong_den_chat_luong_gao_mam_tu_gao.pdf

Nội dung text: Đồ án Khảo sát các yếu tố ảnh hưởng đến chất lượng gạo mầm từ gạo lứt nương đỏ Tây Nguyên (Điều kiện khảo sát: t = 25⁰C)

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ TP. HỒ CHÍ MINH ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP KHẢO SÁT CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN CHẤT LƯỢNG GẠO MẦM TỪ GẠO LỨT NƯƠNG ĐỎ TÂY NGUYÊN (Điều kiện khảo sát: t = 25oC) Ngành: CÔNG NGHỆ SINH HỌC Chuyên ngành: CÔNG NGHỆ SINH HỌC Giảng viên hướng dẫn : ThS. Huỳnh Phương Quyên Sinh viên thực hiện : Vũ Trần Bảo Huyền MSSV: 1151110473 Lớp: 11DSH05 TP. Hồ Chí Minh, 2015
Đồ án tốt nghiệp LỜI CAM ĐOAN Đồ án tốt nghiệp này được tôi tự thực hiện dưới sự hướng dẫn khoa học của ThS. Huỳnh Phương Quyên, Trường Đại Học Công Nghệ TP.Hồ Chí Minh. Những kết quả có được trong đồ án tốt nghiệp này là 100% không sao chép đồ án tốt nghiệp của người khác dưới bất kỳ hình thức nào. Các số liệu trích dẫn trong đồ án tốt nghiệp là 100% trung thực. Tôi xin chịu trách nhiệm 100% về đồ án tốt nghiệp của mình Sinh viên thực hiện Vũ Trần Bảo Huyền i
Đồ án tốt nghiệp LỜI CẢM ƠN Đầu tiên, con xin chân thành cảm ơn công nuôi dưỡng của ba mẹ, người thân đã bảo bọc và tạo điều kiện thuận lợi để con học tập và có được thành quả như ngày hôm nay. Qua suốt thời gian học tập tại Trường Đại Học Công Nghệ TP. Hồ Chí Minh, em đã được các thầy cô khoa Công nghệ sinh học – Thực phẩm – Môi trường hết lòng hướng dẫn, giúp đỡ em và tạo cơ hội cho em học tập, tìm hiểu cũng như suốt thời gian làm đồ án tốt nghiệp. Em xin chân thành tỏ lòng biết ơn đến quý thầy cô, nhờ các thầy cô đã trang bị cho chúng em những kiến thức cần thiết để vững bước vào đời. Đặc biệt, em xin chân thành cảm ơn ThS. Huỳnh Phương Quyên, cô là người trực tiếp hướng dẫn tận tình, hết lòng cho em trong suốt quá trình thực hiện đồ án tốt nghiệp này. Cảm ơn cô đã truyền đạt cho em những kiến thức bổ ích, động viên em để em hoàn thành đồ án tốt nghiệp này. Sau cùng, em cũng xin chân thành cảm ơn các thầy cô và bạn bè trong phòng thí nghiệm khoa Công nghệ sinh học – Thực phẩm – Môi trường đã quan tâm, giúp đỡ và taọ điều kiện thuận lợi cho em hoàn thành tốt đồ án tốt nghiệp này. Em xin chân thành cảm ơn! TP. Hồ Chí Minh, ngày 20 tháng 8 năm 2015 Sinh viên thực hiện Vũ Trần Bảo Huyền ii
Đồ án tốt nghiệp MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN i LỜI CẢM ƠN ii MỤC LỤC iii DANH SÁCH BẢNG vi DANH SÁCH HÌNH viii LỜI MỞ ĐẦU 1 CHƢƠNG 1. TỔNG QUAN 5 1.1. Nguyên liệu 5 1.1.1. Giới thiệu 5 1.1.2. Cấu tạo của hạt thóc 8 1.1.3. Thành phần hóa học của hạt gạo 11 1.1.4. Giá trị dinh dưỡng của hạt gạo 21 1.2. Gạo mầm 23 1.2.1. Giới thiệu 23 1.2.2. Giá trị dinh dưỡng của gạo mầm 25 1.2.3. Giới thiệu GABA: 26 1.2.3.1. Giới thiệu: 26 1.2.3.2. Vai trò của GABA đối với con người 27 1.3. Quá trình nảy mầm 28 1.3.1. Định nghĩa 28 1.3.2. Quy trình thực hiện 29 1.3.3. Các biến đổi xảy ra trong quá trình nảy mầm 29 1.3.3.1. Biến đổi sinh hóa: 29 1.3.3.2. Biến đổi sinh lý: 30 1.3.4. Các giai đoạn của quá trình nảy mầm 30 1.3.5. Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình nảy mầm 31 1.3.6. Các enzyme tham gia quá trình nảy mầm 32 1.4. Enzyme amylase 33 iii
Đồ án tốt nghiệp 1.4.1. Khái quát 33 1.4.2. Cơ chất của enzyme amylase 34 CHƢƠNG 2. VẬT LIỆU VÀ PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 36 2.1. Địa điểm và thời gian thí nghiệm 36 2.1.1. Địa điểm và thời gian thí nghiệm 36 2.1.2. Nguyên liệu 36 2.2. Phương tiện thí nghiệm 36 2.2.1. Dụng cụ - thiết bị thí nghiệm 36 2.2.2. Hóa chất 36 2.3. Nội dung thí nghiệm 37 2.3.1. Quy trình thí nghiệm 37 2.3.2. Phương pháp bố trí thí nghiệm 40 2.3.2.1. Thí nghiệm 1. Khảo sát thời gian ngâm thích hợp để gạo hút nước đạt trạng thái bão hòa. 40 2.3.2.2. Thí nghiệm 2. Ảnh hưởng điều kiện ủ sáng 100% đến khả năng nảy mầm, độ dài mầm, hoạt độ enzyme amylase, hàm lượng đường khử, hàm lượng protein có trong gạo mầm (t=25oC). 41 2.3.2.3. Thí nghiệm 3. Ảnh hưởng điều kiện ủ tối 100% đến khả năng nảy mầm, độ dài mầm, hoạt độ enzyme amylase, hàm lượng đường khử, hàm lượng protein có trong gạo mầm (t=25oC). 43 2.3.2.4. Thí nghiệm 4. Ảnh hưởng điều kiện ủ tối 50% sáng 50% đến khả năng nảy mầm, độ dài mầm, hoạt độ enzyme amylase, hàm lượng đường khử, hàm lượng protein có trong gạo mầm (t=25oC). 44 2.3.2.5. Thí nghiệm 5. So sánh các điều kiện ủ để chọn điều kiện ủ tối ưu cho gạo lứt nảy mầm 46 CHƢƠNG 3. KẾT QUẢ VÀ BIỆN LUẬN 48 3.1. Kết quả thí nghiệm 1: Khảo sát thời gian ngâm thích hợp để gạo hút nước đạt trạng thái bão hòa. 48 iv
Đồ án tốt nghiệp 3.2. Kết quả thí nghiệm 2: Ảnh hưởng điều kiện ủ sáng 100% đến khả năng nảy mầm, độ dài mầm, hoạt độ enzyme amylase, hàm lượng đường khử, hàm lượng protein có trong gạo mầm (t=25oC). 50 3.1.1. Tỷ lệ nảy mầm và độ dài mầm 50 3.1.2. Hoạt độ enzyme amylase 51 3.1.3. Hàm lượng glucose 53 3.1.4. Xác định hàm lượng protein 54 3.3. Kết quả thí nghiệm 3: Ảnh hưởng điều kiện ủ tối 100% đến khả năng nảy mầm, độ dài mầm, hoạt độ enzyme amylase, hàm lượng đường khử, hàm lượng protein có trong gạo mầm (t=25oC). 56 3.3.1. Tỷ lệ nảy mầm và độ dài mầm 56 3.3.2. Hoạt độ enzyme amylase 57 3.3.3. Hàm lượng glucose 59 3.3.4. Xác định hàm lượng protein 60 3.4. Kết quả thí nghiệm 4: Ảnh hưởng điều kiện ủ tối 50% sáng 50% đến khả năng nảy mầm, độ dài mầm, hoạt độ enzyme amylase, hàm lượng đường khử, hàm lượng protein có trong gạo mầm (t=25oC). 61 3.4.1. Tỷ lệ nảy mầm 61 3.4.2. Xác định hoạt độ enzyme amylase 63 3.4.3. Hàm lượng glucose 64 3.4.4. Hàm lượng protein 65 3.5. Kết quả thí nghiệm 5: So sánh các điều kiện ủ để chọn điều kiện ủ tối ưu cho gạo lứt nảy mầm 67 CHƢƠNG 4: KẾT LUẬN VÀ ĐỀ NGHỊ 69 4.1. Kết luận 69 4.2. Đề nghị 69 TÀI LIỆU THAM KHẢO 70 PHỤ LỤC 1 v
Đồ án tốt nghiệp DANH SÁCH BẢNG Bảng 1.1. Sự phân bố chất dinh dưỡng trong hạt gạo 6 Bảng 1.2. Tỉ lệ từng phần của hạt thóc (% khối lượng hạt) 10 Bảng 1.3. Thành phần hóa học trong từng phần của hạt lúa 11 Bảng 1.4. Thành phần hóa học của 100g gạo 11 Bảng 1.5. Thành phần trung bình của thóc, gạo lứt, gạo xát và trấu (% khối lượng)12 Bảng 1.6. Phân bố các loại glucid trong các phần khác nhau của hạt gạo 13 Bảng 1.7. Tỷ lệ % các loại protein trong lúa gạo (đơn vị tính: %lượng protein tổng)15 Bảng 1.8. Thành phần các acid amin của các phần khác nhau trong hạt gạo 16 Bảng 1.9. Hàm lượng các hợp chất lipid trong các loại gạo (đơn vị tính: % khối lượng) 17 Bảng 1.10. Thành phần các chất khoáng trong thóc gạo (đơn vị tính: mg%) 18 Bảng 1.11. Thành phần vitamin trong các loại gạo (mg/kg chất khô), đơn vị: % khối lượng hạt 19 Bảng 1.12. Phân bố vitamin b1 trong các bộ phận của thóc gạo 19 Bảng 1.13. So sánh thành phần gạo lứt và gạo trắng (theo fao 1994) 21 Bảng 1.14. Thành phần dinh dưỡng trong 1kg gạo mầm cung cấp cho sức khỏe 25 Bảng 3.1. Ảnh hưởng của thời gian ngâm đến độ ẩm của gạo lứt 48 Bảng 3.2. Tỷ lệ nảy mầm và độ dài mầm trong điều kiện ủ sáng 100% 50 Bảng 3.3. Ảnh hưởng điều kiện ủ sáng 100% đến hoạt độ enzyme amylase. 52 Bảng 3.4. Kết quả hàm lượng glucose trong điều kiện ủ sáng 100% 53 Bảng 3.5. Kết quả hàm lượng protein khi ủ ở điều kiện sáng 100% 55 Bảng 3.6. Tỷ lệ nảy mầm và độ dài mầm trong điều kiện ủ tối 100% 56 Bảng 3.7. Kết quả hoạt động amylase ủ trong điều kiện tối 100% 58 Bảng 3.8. Kết quả hàm lượng glucose trong điều kiện ủ tối 100% 59 Bảng 3.9. Kết quả hàm lượng protein khi ủ ở điều kiện tối 100% 60 Bảng 3.10. Tỷ lệ nảy mầm và độ dài mầm trong điều kiện ủ tối 50% sáng 50% 62 Bảng 3.11. Kết quả hoạt động amylase ủ trong điều kiện tối 50% sáng 50% 63 Bảng 3.12. Kết quả hàm lượng đường khử trong điều kiện ủ tối 50% sáng 50% 64 vi
Đồ án tốt nghiệp Bảng 3.13. Kết quả hàm lượng protein khi ủ ở điều kiện tối 50% sáng 50% 66 Bảng 3.14. Kết quả các thành phần của gạo mầm ở các điều kiện ủ 67 vii
Đồ án tốt nghiệp DANH SÁCH HÌNH Hình 1.1. Gạo lứt 5 Hình 1.2. Cấu tạo của hạt thóc 8 Hình 1.3. Gạo mầm 23 Hình 1.4. Công thức hóa học của gaba 26 Hình 1.5. Quy trình thực hiện 29 Hình 1.6. Các loại enzyme endoamylase và exoamylase 34 Hình 1.7. Cấu tạo hóa học của amylose (a) và amylopectin (b) 35 Hình 2.1. Sơ đồ sản xuất gạo mầm dự kiến 38 Hình 2.2. Sơ đồ bố trí thí nghiệm 1 41 Hình 2.3. Sơ đồ bố trí thí nghiệm 2 42 Hình 2.4. Sơ đồ bố trí thí nghiệm 3 44 Hình 2.5. Sơ đồ bố trí thí nghiệm 4 45 Hình 2.6. Sơ đồ bố trí thí nghiệm 5 47 Hình 3.1. Biều đồ biểu thị độ ẩm của gạo theo thời gian ngâm 49 Hình 3.2. Độ dài mầm theo thời gian ủ ở điều kiện sáng 100% 51 Hình 3.3. Biểu đồ biểu thị hoạt độ enzyme khi ủ ở điều kiện sáng 100% 52 Hình 3.4. Biểu đồ biểu thị hàm lượng glucose khi ủ ở điều kiện sáng 100% 54 Hình 3.5. Biểu đồ biểu thị hàm lượng protein 55 Hình 3.6. Độ dài mầm khi ủ ở điều kiện tối 100% 57 Hình 3.7. Biểu đồ biểu thị hoạt độ enzyme khi ủ ở điều kiện tối 100% 58 Hình 3.8. Biểu đồ biểu thị hàm lượng glucose khi ủ ở điều kiện tối 100% 60 Hình 3.9. Biểu đồ biểu thị hàm lượng protein khi ủ ở điều kiện tối 100% 61 Hình 3.10. Độ dài mầm khi ủ ở điều kiện tối 50% sáng 50% 62 Hình 3.11. Biểu đồ biểu thị hoạt độ amylase khi ủ ở điều kiện tối 50% sáng 50% . 64 Hình 3.12. Biểu đồ biểu thị hàm lượng glucose khi ủ ở điều kiện tối 50% sáng 50%65 Hình 3.13. Biểu đồ biểu thị hàm lượng protein khi ủ ở điều kiện tối 50% sáng 50%66 viii
Đồ án tốt nghiệp LỜI MỞ ĐẦU  Đặt vấn đề: Trong xã hội ngày càng phát triển hiện nay, mức sống của người Việt Nam cũng càng ngày nâng cao hơn. Theo đó là nhu cầu sống ngày càng cao về mọi mặt như: chất lượng cuộc sống, dịch vụ, sức khỏe cũng rất được chú trọng và quan tâm. Và điều mà mọi người dân quan tâm nhất là thực phẩm. Hiện nay, có rất nhiều thực phẩm xuất hiện trên thị trường nhưng để chọn được một loại thực phẩm có chất lượng tốt và an toàn vệ sinh thực phẩm thì không dễ dàng. Để có một sản phẩm đạt chất lượng và cải thiện tình hình sức khỏe của mọi người, người ta đã tìm ra các sản phẩm có chức năng sinh học, dược liệu có thể vừa là thực phẩm cung cấp dinh dưỡng, vừa có thể hỗ trợ điều trị bệnh, sản phẩm này còn được goi là “thực phẩm chức năng”, nhưng đây là một lĩnh vực mới ở nước ta đang được tìm hiểu và đầu tư nghiên cứu. Trong các loại thực phẩm từ nhiều nguyên liệu khác nhau thì gạo là một nguồn nguyên liệu tự nhiên rất quan trọng và không thể thiếu cho một nửa dân số trên thế giới, cơm nấu từ gạo rất dễ tiêu hóa, do đó năng lượng cung cấp nhanh chóng tới các cơ quan giúp cơ thể đủ năng lượng dự trữ làm việc. Gạo lứt là một nguồn thực phẩm rất giàu dinh dưỡng so với gạo đã xát trắng, một số thành phần trong gạo lứt còn có thể ngăn ngừa và điều trị một số bệnh, và cơm gạo lứt dần trở nên phổ biến trong các bữa ăn của nhiều nhà hiện nay. Đồng thời, nước ta là một nước nông nghiệp nhưng gạo Việt Nam khó cạnh tranh lại các nước khác trên thế giới vì chất lượng gạo không cao, vì thế bên cạnh nâng cao chất lượng gạo bằng cách thay đổi phương thức sản xuất và giống lúa, còn phải tăng giá trị dinh dưỡng của các loại gạo có chất lượng thấp bằng cách chế biến gạo lứt từ các giống gạo này. Tuy nhiên gạo lứt có thời gian nấu lâu, cơm gạo lứt có cấu trúc cứng và không hấp dẫn bằng gạo trắng. Để cải thiện chất lượng gạo lứt cần phải có phương pháp chế biến thích hợp, tạo ra sản phẩm có giá trị sinh dưỡng và cảm quan cao. 1
Đồ án tốt nghiệp Quá trình nảy mầm của gạo lứt là một phương pháp cải thiện chất lượng của gạo lứt, cơm gạo lứt sẽ mềm hơn. Quá trình nảy mầm còn làm thay đổi quan trọng về dinh dưỡng như: hàm lượng chất xơ, vitamin, chất khoáng, protein và hàm lượng γ-aminobutyric sau khi nảy mầm thì hàm lượng của một số chất sinh học tăng lên cần thiết cho sự phát triển và cải thiện sức khỏe cho con người. Hiện nay ở Việt Nam đã có sản phẩm gạo mầm nhưng không nhiều. Đồng thời, sản phẩm gạo mầm từ gạo lứt nương đỏ hiện chưa có mặt trên thị trường. Do đó tôi thực hiện đề tài “Khảo sát các yếu tố ảnh hƣởng đến chất lƣợng của gạo mầm từ gạo lứt nƣơng đỏ Tây Nguyên (điều kiện khảo sát t = 25oC)” nhằm tìm ra điều kiện ủ, thời gian ủ thích hợp để tạo ra sản phẩm gạo mầm giàu dinh dưỡng, cải thiện sức khỏe và nâng cao giá trị kinh tế của giống lúa nương đỏ Tây Nguyên.  Tình hình nghiên cứu Tình hình nghiên cứu ngoài nước Gạo lứt là một loại thực phẩm chưa nhiều chất có giá trị dinh dưỡng cao hơn so với gạo trắng. Tuy nhiên gạo lứt sẽ tăng giá trị sử dụng hơn khi cho gạo nảy mầm. Trong những năm gần đây, thế giới đã rất quan tâm nghiên cứu về điều kiện nảy mầm và xác định những hợp chất có giá trị sinh học có trong gạo nảy mầm. Sau đây là bảng tóm tắt kết quả nghiên cứu của các công trình nghiên cứu về gạo mầm trên thế giới: Một số thanh đổi về thành phần các hợp chất có Nguồn tài liệu trong gạo mầm (so với gạo lứt chƣa nảy mầm) Tian và cộng sự (2004) Tổng phenolic , hoạt chất chống oxi hóa Britz và cộng sự (2007) Alpha-tocopherol , alpha-tocotrienol , gamma- oryzanol Gamma-tocopherol , gamma-tocotrienol Li và cộng sự (2008) Tổng hợp chất phenol , tổng hàm lượng chất sơ , gamma-aminobutyric acid , Sawaddiwong và cộng sự Tổng polyphenol , hoạt chất chống oxi hóa 2
Đồ án tốt nghiệp (2008) Jongjareonrak và cộng sự Tổng polyphenol , hoạt chất chống oxi hóa (2009) Banchuen và cộng sự Gamma-aminobutyric acid , ferulic acid , (2010) oryzanol Charoenthaikij và cộng sự Gamma-aminobutyric acid (2010) Jannoey và cộng sự (2010) Maisont và Narkrugsa Gamma-aminobutyric acid, tổng polyphenol , khả (2010) năng chống oxy hóa , amylose , chất béo giảm , protein giảm Jayadeep và Malleshi Chất xơ hòa tan , tocotrienol , chất béo giảm , (2011) hàm lượng tocopherol , hoạt chất chống oxi hóa Imam và cộng sự (2012) Gamma-aminobutyric acid , tổng polyphenol , khả năng chống oxy hóa , đường khử , gamma- aminobutyric acid Songtip và cộng sự (2012) Hàm lượng đường khử , gamma-aminobutyric acid Tình hình nghiên cứu trong nước Thế giới đã rất quan tâm nghiên cứu và có rất nhiều sản phẩm gạo mầm trong thương mại hóa. Ở Việt Nam, hiện nay có một dòng sản phẩm gạo mầm từ giống gạo hạt trắng duy nhất của Công ty bảo vệ thực vật An Giang.  Mục tiêu nghiên cứu Khảo sát các yếu tố ảnh hưởng đến chất lượng của gạo mầm từ gạo lứt nương đỏ Tây Nguyên (điều kiện khảo sát t = ± 25oC)  Nhiệm vụ nghiên cứu - Khảo sát thời gian ngâm thích hợp để gạo hút nước đạt trạng thái bão hòa. - Ảnh hưởng điều kiện ủ sáng 100% đến khả năng nảy mầm, độ dài mầm, hoạt độ enzyme amylase, hàm lượng đường khử, hàm lượng protein có trong gạo mầm (t=25oC). 3
Đồ án tốt nghiệp - Ảnh hưởng điều kiện ủ tối 100% đến khả năng nảy mầm, độ dài mầm, hoạt độ enzyme amylase, hàm lượng đường khử, hàm lượng protein có trong gạo mầm (t=25oC). - Ảnh hưởng điều kiện ủ tối 50% sáng 50% đến khả năng nảy mầm, độ dài mầm, hoạt độ enzyme amylase, hàm lượng đường khử, hàm lượng protein có trong gạo mầm (t=25oC). - So sánh các điều kiện ủ để chọn điều kiện ủ tối ưu cho gạo lứt nảy mầm  Phƣơng pháp nghiên cứu - Phương pháp xác định độ ẩm, theo TCVN 1867:2001 - Phương pháp khảo sát tỷ lệ nảy mầm - Phương pháp xác định hoạt độ enzyme amylase, theo Nguyễn Hoài Hương (2014) - Phương pháp xác định phần trăm protein, theo ThS. Huỳnh Quang Phước và cộng sự. - Phương pháp xác định hàm lượng đường khử, theo ThS. Huỳnh Quang Phước và cộng sự.  Kết cấu của đồ án Đồ án gồm 4 chương: - Chương 1. Tổng quan - Chương 2. Vật liệu và phương pháp - Chương 3. Kết quả và biện luận - Chương 4. Kết luận và kiến nghị 4
Đồ án tốt nghiệp Chƣơng 1. TỔNG QUAN 1.1. Nguyên liệu 1.1.1. Giới thiệu Hình 1.1. Gạo lứt Lúa nương đóng vai trò quan trọng trong việc ổn định lương thực cho đồng bào thiểu số miền núi, đặc biệt là các huyện vùng cao, vùng sâu, vùng xa của cả nước. Lúa nương là kiểu canh tác trên nương rẫy, đây là kiểu canh tác truyền thống của dân tộc Tây Nguyên với diện tích trồng ở Tây Nguyên khoảng 24.970 ha (Trích Báo cáo tác động hiệu quả sử dụng đất vùng Tây Nguyên đến quá trình hình thành và thoái hóa đất năm 2013), năng suất 11,7 tạ/ha. Ngoài ra, lúa nương còn được trồng nhiều ở vùng trung du miền núi phía Bắc với diện tích khoảng 104.200 ha, chiếm 28,5% diện tích đất trồng cây hằng năm. Lúa nương là giống lúa truyền thống có khả năng chịu được khí hậu và thời tiết khắc nghiệt, với phương pháp trồng trên nương rẫy của đồng bào Tây Nguyên, không sử dụng bất kỳ một loại thuốc bảo vệ thực vật nào nên đây được xem là sản phẩm nông nghiệp xanh và sạch. Trong quá trình sinh trưởng và phát triển, cây lúa đã tự mình vượt qua những trở ngại của thời tiết, khí hậu khắc nghiệt và vươn lên đón nắng mặt trời, hạt gạo hút được nhiều dương khí của đất trời nên đây là nguyên liệu thích hợp cho chế độ thực dưỡng và nguyên liệu làm sản phẩm thực phẩm và là nguyên liệu làm sản phẩm thực phẩm chức năng cho chế độ dinh dưỡng hằng ngày. Từ xưa đến nay, gạo nương đỏ hạt tròn là nguyên liệu có giá trị trong chế độ ăn của đồng bào dân tộc Tây Nguyên và là món quà quý mà đồng bào Tây Nguyên 5
Đồ án tốt nghiệp gửi tặng cho các đồng bào ở các tỉnh thành khác nhưng chúng chưa được các nhà khoa học quan tâm nghiên cứu. Do gạo nương đỏ hạt tròn có cấu trúc cứng chắc nên chưa đáp ứng được tính cảm quan của đa số người sử dụng. Nảy mầm là phương pháp vừa làm tăng một số hợp chất có giá trị sinh học vừa giúp cho cấu trúc của hạt gạo xốp hơn nên dự đoán sản phẩm gạo mầm là một sản phẩm vừa có giá trị dinh dưỡng cao hơn vừa làm tăng khả năng chế biến và sử dụng. Tác động của nghiên cứu sẽ góp phần làm sáng tỏ giá trị dinh dưỡng, giá trị sử dụng của loại gạo này để đồng bào dân tộc yên tâm mở rộng diện tích gieo trồng. Bảng 1.1. Sự phân bố chất dinh dưỡng trong hạt gạo Độ Mức độ Nguyên Protein Lipid Tinh bột Chất xơ Tro ẩm đánh bóng liệu (%) (%) (%) (%) (%) (%) (%) Gạo lứt 15,5 7,4 2,3 72,5 1,0 1,3 0 Gạo đƣợc 15,5 6,2 0,8 76,6 0,3 0,6 8 – 10 đánh bóng (Nguồn: Bureau of Science and Technology, 1963) Gạo lứt là loại gạo chỉ vừa mới bóc đi lớp vỏ trấu, vẫn còn lớp cám bao bọc bên ngoài. Nếu giã sạch lớp cám này sẽ cho ra gạo trắng là loại chúng ta ăn hàng ngày. Lớp cám của hạt gạo lứt chứa nhiều dưỡng chất quan trọng như: vitamin E, vitamin B1, B3, B6, magiê, mangan, chất xơ, sắt Gạo lứt gồm có ba loại: gạo lứt tẻ hạt dài (long grain brown rice), gạo lứt tẻ hạt tròn (short – grain brown rice), và gạo lứt nếp (sweet brown rice). Gạo được phân loại theo bề dài của hạt gạo : Gạo ngắn 6,5 mm Tất cả gạo lứt đều bổ dưỡng, nên cần được ăn trong các bữa ăn hằng ngày. Mặc dầu thời gian nấu gạo lứt lâu khoảng 45 phút, nhưng có thể nấu một lần cho 6
Đồ án tốt nghiệp một tuần thì cũng tiết kiệm được nhiều thì giờ. Gạo lứt là một loại thực phẩm nhiều dinh dưỡng khi so sánh với gạo trắng. Tuy nhiên, nó còn gia tăng nhiều dinh dưỡng hơn nữa khi được đem ngâm trong nước ấm, lâu khoảng 22 giờ. Đây là một khám phá mới nhất của khoa học. Gạo lứt khi ngâm lâu chứa rất nhiều chất bổ dưỡng vì gạo lứt ở trạng thái nẩy mầm. “Các enzyme ngủ trong hạt gạo ở trạng thái này được kích thích hoạt động và cung cấp tối đa các chất dinh dưỡng” [14]. Theo Hiroshi Kayahara, giáo sư Khoa sinh học và Kỹ thuật sinh học tại viện Đại học Shinshu University in Nagano, đã nói như vậy trong bài tường trình kết quả nghiên cứu của nhóm tại Hội nghị hoá học quốc tế ở Hawaii vào cuối năm 2000. “Mầm gạo lứt chứa nhiều chất xơ, vitamin và chất khoáng hơn là gạo lứt chưa ngâm nước”. Kayahara nghiên cứu, gạo lứt đã ngâm nước chứa gấp ba lần lysine, một loại amino acid cần thiết cho sự tăng trưởng và bảo trì các mô tế bào cơ thể con người và chứa nhiều hơn mười lần chất gamma – aminobutyric acid, một chất acid tốt bảo vệ bộ phận thận (kidneys). Các nhà khoa học cũng tìm thấy trong mầm gạo lứt có chứa một loại enzyme, có tác dụng ngăn chặn prolylendopeptidase và điều hoà các hoạt động ở trung ương não bộ. Gạo lứt nẩy mầm không những chỉ đem lại nhiều chất dinh dưỡng mà còn nấu rất dễ dàng và cung ứng cho chúng ta một khẩu vị hơi ngọt vì các enzymes đã tác động vào các chất đường và đạm trong hạt gạo. Gạo lứt bổ dưỡng hơn gạo trắng nhưng khó tiêu hơn vì lớp cám ngoài chứa nhiều chất cellulose rất cứng. Gạo lứt có thể để khoảng 4 – 5 tháng. Nếu để lâu, lipid trong lớp cám sẽ bị oxi hóa, gạo sẽ có mùi, không thể sử dụng được nên bảo quản gạo ở nơi thoáng mát. 7
Đồ án tốt nghiệp 1.1.2. Cấu tạo của hạt thóc Hình 1.2. Cấu tạo của hạt thóc Hạt thóc có cấu tạo gồm những phần chính là: mày thóc, lớp vỏ, lớp aleurone, nội nhũ và phôi. Mày thóc Tùy theo loại thóc và điều kiện canh tác mà mày có độ dài khác nhau, nói chung độ dài không vượt quá 1/3 chiều dài vỏ trấu . Mày thóc thường có màu vàng nhạt hơn vỏ trấu. Trên mày nổi rõ những đường gân. Đối với các loại hạt to bầu, mày thóc luôn rộng hơn các loại thóc có hạt thon dài. Trong quá trình bảo quản, do sự cọ xát giữa các hạt thóc phần lớn mày thóc rụng ra, làm tăng lượng tạp chất trong khối thóc. Lớp vỏ Là một bộ phận bảo vệ cho phôi và nội nhũ khỏi bị tác động cơ học từ bên ngoài. Vỏ thường được phân làm ba lớp vỏ trấu, vỏ quả và vỏ hạt:  Vỏ trấu Có tác dụng bảo vệ hạt thóc, chống các ảnh hưởng xấu của điều kiện môi trường (nhiệt, ẩm) và sự phá hoại của vi sinh vật có hạt (côn trùng, nấm mốc). Trên mặt vỏ trấu có các đường gân và có nhiều lông ráp xù xì. Tùy theo giống lúa mà vỏ thóc có độ dày và chiếm một tỉ lệ khác nhau so với toàn hạt thóc. Độ dày của vỏ trấu thường là 0,12 ÷ 0,15mm và thường chiếm 18 – 20% so với khối lượng toàn hạt thóc. 8
Đồ án tốt nghiệp  Vỏ quả Gồm các lớp tế bào biểu bì, vỏ quả ngoài, vỏ quả giữa và vỏ quả trong: - Biểu bì ở ngoài cùng gồm các tế bào nhỏ. - Lớp vỏ quả ngoài gồm 2 – 3 dãy tế bào dài hướng dọc theo hạt. - Lớp vỏ quả giữa là các tế bào dài hướng ngang hạt. Đối với hạt đã chín thì lớp tế bào giữa trống rỗng, còn ở hạt xanh thì lớp tế bào này chứa các hạt diệp lục tố nên hạt có màu xanh. - Lớp vỏ quả trong là các tế bào hình ống hướng dọc hạt. Vỏ quả thường liên kết không bền với vỏ hạt. Trong thành phần vỏ quả thường chứa cellulose, pentosan, pectin và khoáng. Trong cùng một hạt, chiều dày lớp tế bào vỏ quả không giống nhau, ở gần phôi, lớp vỏ quả là mỏng nhất.  Vỏ hạt Là lớp vỏ mỏng bao bọc nội nhũ, có màu trắng đục hay vỏ cua. Gồm hai lớp tế bào: - Lớp ngoài chứa tế bào hình chữ nhật nhỏ, có chứa các sắc tố thuộc nhóm flavon. - Lớp bên trong có các tế bào hình dạng không đều, xốp, dễ dàng cho ẩm đi qua. Tùy theo giống lúa và độ chín của thóc mà lớp vỏ hạt này dày hay mỏng. Trung bình lớp vỏ hạt chiếm 1 – 2,5% khối lượng hạt gạo. Lớp aleurone Có cấu tạo chủ yếu là protid (35 – 45%), lipid (8 – 9%), vitamin và tro (11 – 14%), đường (6 - 8%), cellulose (7 – 10%), pentozane (15 - 17%). Khi xay xát lớp vỏ hạt (chủ yếu là aleurone) bị vụn nát ra thành cám. Nếu cám còn sót lại nhiều trong gạo, trong quá trình bảo quản dễ bị oxy hóa làm cho gạo bị chua (độ acid cao) và ôi khét (do lipid bị oxy hóa). Nội nhũ Nội nhũ là phần chính của hạt thóc. Trong nội nhũ chủ yếu là glucid, chiếm tới 90%, trong khi đó trong toàn hạt gạo glucid chỉ chiếm khoảng 75%. 9
Đồ án tốt nghiệp Nội nhũ được chia thành hai vùng: vùng lớp gần vỏ hạt gọi là lớp subaleurone và vùng nội nhũ tâm hạt. Tùy theo giống và điều kiện canh tác mà nội nhũ có thể trắng trong hay trắng đục. Các giống lúa hạt dài thường trắng trong, còn các giống lúa hạt ngắn (bầu) nội nhũ thường trắng đục. Các giống thóc mà nội nhũ trắng đục thường có một vệt trắng ở giữa hạt hay phía bên hạt gọi là bạc bụng, khi xay xát dễ bị nát và khi nấu thì lâu chín, phẩm chất cơm không ngon bằng gạo có nội nhũ trắng trong. Phôi Nằm ở góc dưới nội nhũ, thuộc loại đơn diệp tử (chỉ có một diệp tử áp vào nội nhũ), đây là bộ phận có nhiệm vụ biến các chất dự trữ trong nội nhũ thành chất dinh dưỡng nuôi mộng khi hạt thóc nảy mầm. Phôi chứa nhiều protein, lipid, vitamin (vitamin B1 trong phôi chiếm tới 66% lượng vitamin B1 của toàn hạt thóc). Tùy theo giống và điều kiện canh tác mà phôi to, nhỏ khác nhau (chiếm 2,3 – 3% khối lượng toàn hạt). Phôi có cấu tạo xốp, nhiều dinh dưỡng, hoạt động sinh lý mạnh, nên trong quá trình bảo quản dễ bị côn trùng và sinh vật tấn công, gây hạt khi xay xát, phôi thường vụn nát và thành cám. Bảng 1.2. Tỉ lệ từng phần của hạt thóc (% khối lượng hạt) Thành phần Tỉ lệ (%) Vỏ 17 -23 Lớp aloron 12 – 14 Nội nhũ 65 – 67 Phôi 2 -3 (Nguồn: Bureau of Science and Technology, 1963) 10
Đồ án tốt nghiệp Bảng 1.3. Thành phần hóa học trong từng phần của hạt lúa [3] Tinh Chất Thành Protein Đƣờng Cellulose Pentose Tro Các chất bột béo phần (%) (%) (%) (%) (%) khác (%) (%) (%) Hạt 10,07 59,00 4,43 2,76 8,10 2,24 2,18 1,22 Nội nhũ 12,91 79,56 3,54 0,15 2,72 0,67 0,45 - Phôi 41,30 Rất ít 25,12 2,46 9,74 15,04 6,31 0,03 Vỏ 28,70 Rất ít 4,18 16,20 32,50 7,78 0,56 0,07 1.1.3. Thành phần hóa học của hạt gạo Bảng 1.4. Thành phần hóa học của 100g gạo [1] Thành phần Đơn vị Hàm lƣợng Năng lương kcal 345 Nước g 12,4 Protein g 7,5 Lipid g 2,7 Glucid g 72,8 Celluloza g 3,4 Tro g 1,3 Calci mg 16 Sắt mg 2,8 Magie mg 52 Mangan mg 1,5 Phospho mg 246 Kali mg 202 Natri mg 5 Kẽm mg 1,9 Đồng 360 Selen 38,8 11
Đồ án tốt nghiệp Vitamin B1 mg 0,34 Vitamin B2 mg 0,07 Vitamin PP mg 5,0 Vitamin B5 mg 1,5 Vitamin B6 mg 0,62 Folate 20 Acid béo no g 0,54 Acid béo không no một nối đôi g 0,97 Acid béo không no đa nhiều nối đôi g 0,96 Thành phần hạt gạo nói chung bao gồm glucid, protein, cellulose, lipid, vitamin, khoáng vô cơ, các enzyme và nước. Sự phân bố các chất dinh dưỡng trong các phần của hạt không giống nhau. Bảng 1.5. Thành phần trung bình của thóc, gạo lứt, gạo xát và trấu (% khối lượng) [7] Thành phần Thóc Gạo lứt Gạo xát Trấu Glucid (g) 64 – 73 73 - 87 77 – 89 22 -34 Cellulose (g) 7,2 – 10,4 0,6 – 1,0 0,2 – 0,5 34,5 – 45,9 Protid (gNx5,95) 5,8 – 7,7 7,1 – 8,3 6,3 – 7,1 2,0 – 2,8 Lipid (g) 1,5 – 2,3 1,6 – 2,8 0,3 – 0,5 0,3 – 0,8 Tro (g) 2,9 – 5,2 1,0 – 1,5 0,3 – 0,8 13,2 – 21,0 Ca (mg) 10 – 80 10 – 50 10 – 30 60 – 130 P (g) 0,17 – 3,1 0,17 – 0,43 0,08 - 0,15 0,03 – 0,07 Fe (mg) 1,4 – 6,0 0,2 – 5,2 0,2 – 2,8 3,9 – 9,5 Zn (mg) 1,7 – 3,1 0,6 – 2,8 0,6 – 2,3 0,9 – 4,0 Phytin P (g) 0,18 – 0,21 0,13 – 0,27 0,02 – 0,2 0 Nƣớc Lượng nước ảnh hưởng đến công nghệ bảo quản và chế biến lúa gạo. Nước được xem là thành phần quan trọng của lúa. Hạt lúa càng chín vàng trên cây, độ ẩm hạt càng giảm. Khi hạt ở giai đoạn chín sữa, lượng nước chiếm gần 70% khối lượng 12
Đồ án tốt nghiệp hạt, khi hạt ở giai đoạn thu hoạch thì độ ẩm khoảng 16 – 28% tùy thuộc điều kiện thời tiết khi thu hoạch. Lượng nước trong hạt ở hai dạng là tự do và liên kết. Glucid Glucid hay còn gọi là saccharid hay hydrat cacbon. Glucid là thành phần chủ yếu chiếm tỷ lệ cao nhất trong thành phần hạt thóc. Glucid của hạt thóc gồm các monosaccharid (glucose, fructose) và disaccharid (saccharose). Các chất đường này thường tập trung ở nội nhũ của hạt. Ngoài ra, glucid của thóc gạo còn có các polysaccharid như tinh bột, cellulose và hemicellulose. Bảng 1.6. Phân bố các loại glucid trong các phần khác nhau của hạt gạo [7] Loại glucid Gạo lứt Gạo xát Trấu Cám Phôi Tổng glucid 72,9 – 75,9 76,7 – 22,4 – 35,3 34,1 – 34,2 – 41,4 78,4 52,3 Tinh bột 66,4 77,6 1,5 13,8 2,1 Xơ thô 0,6 – 1,0 0,2 – 0,5 34,5 – 45,9 7,0 – 11,4 2,4 – 3,5 Xơ trung tính 3,9 0,7 – 2,3 65,5 – 74,0 23,7 – 13,1 28,6 Pentosans 1,2 – 2,1 0,5 – 1,4 17,7 – 18,4 7,0 – 8,3 4,9 – 6,4 Hemicellulose - 0,1 2,9 – 11,8 9,5 – 16,9 9,7 Cellulose - - 31,4 – 36,3 5,9 – 9,0 2,7 1,3:1,4β-glucan 0,11 0,11 - - - Đường tự do 0,7 – 1,3 0,22 – 0,6 5,5 – 6,9 8,0 – 12,0 0,45 Lignin - 0,1 9,5 – 18,4 2,8 – 3,9 0,7 – 4,1 Tinh bột Tinh bột là thành phần chủ yếu của hạt gạo, chiếm đến 90% lượng chất khô của hạt gạo xát. Tinh bột tồn tại dưới hai dạng là amylose và amylopectin có tỷ lệ phụ thuộc vào giống lúa. Tinh bột trong gạo có khoảng 17% amylose và 83% amylopectin. Thường thóc nếp bao giờ cũng chứa nhiều amylopectin hơn thóc tẻ, hạt gạo trong thường chưa nhiều amylopectin hơn hạt gạo đục. Tinh bột quyết định 13
Đồ án tốt nghiệp giá trị cảm quan của gạo.Hàm lượng amylose trong gạo quyết định độ dẻo của cơm. Nếu thành phần tinh bột trong gạo có 10 – 18% amylose thì cơm được xem là mềm, dẻo; từ 25 – 30% thì cơm được xem là cứng. Tinh bột là polysaccharide, cấu tạo bởi phâm tử amylose mạch thẳng. Amylose được cấu tạo từ các gốc α-D-glucose bằng liên kết α-1,4-glycoside có phân tử lượng khoảng 100.000 – 160.000đvc tạo thành mạch thẳng, thành phần này làm cho hạt cơm có cấu trúc khô cứng. Phân tử amylopectin cũng được cấu tạo từ đơn vị đường như amylose nhưng có thêm liên kết α-1,6-glycoside có phân tử lượng tới 600.000đvc tạo thành mạch nhánh, thành phần này tạo cấu trúc mềm deỏ cho hạt cơm. Tùy theo từng loại gạo mà tỷ lệ hai thành phần này khác nhau nên cấu trúc của cơm cũng sẽ khác nhau. Hạt tinh bột của lúa gạo có hình dạng đa giác đặc trưng, kích thước thay đổi 2 - 10µm. Kích thước này nhỏ nhất trong số các hạt lương thực. Nhiệt độ hồ hóa tinh bột gạo trong khoảng 65 – 70oC. Cellulose và hemicellulose Hai hợp phần này chủ yếu có trong lớp vỏ trấu và một phần có trong lớp vỏ quả (lớp aloron). Chúng là những chất có liên quan chặt chẽ đến chỉ tiêu chất lượng thóc gạo, vì đây là những phần mà con người không thể tiêu hóa được. Đường và phytin Đường tự do trong hạt thóc chủ yếu là saccharose, ngoài ra còn có một ít raffinose, glucose, fructose. Trong hạt gạo nảy mầm tồn tại đường maltose. Phytin (muối Mezo-inositolahexaphosphat) là phần quan trọng của lớp ngoài hạt. Dạng phospho phytin trong gạo lứt chiếm khoảng 80% trong gạo xát chiếm 40%. Protein Protein là một thành phần quan trọng thứ hai (ngoài carbonhydrate) trong hạt gạo. Trong hạt gạo, protein tồn tại ba dạng là các hạt cầu protein lớn nằm cả hai vùng gần lớp aleurone (subaleurone) và trung tâm hạt. Các hạt cầu protein này có đường kính 1- 2µm. Các hạt cầu nhỏ chủ yếu nằm ở vùng subaleurone, có đường 14
Đồ án tốt nghiệp kính 0,5 – 0,7µm. Trong các hạt cầu, các sợi protein sắp xếp thành các vòng đồng tâm hay tia hướng tâm. Càng ở giữa hạt thì mật độ protein càng cao. Dạng thứ ba là dạng “tinh thể” có đường kính từ 2 - 3µm cũng chỉ tồn tại trong lớp subaleurone. Hàm lượng protein thay đổi trong một khoảng khá rộng 5,6 – 18,2. Theo Viện Nghiên Cứu Quốc Tế thì hàm lượng protein trong gạo lứt thay đổi tùy vào giống lúa từ 4,3% - 18,2% (Juliano, 1972). Protein gạo cũng gồm bốn loại, trong đó glutelin hay còn có tên riêng là oryzenin chiếm đa số, các protein còn lại là albumin, globulin và prolamin (oryzin). Bảng 1.7. Tỷ lệ % các loại protein trong lúa gạo (đơn vị tính: %lượng protein tổng) [7] Thành phần Albumin Globulin Prolamin Glutelin Gạo lật 5 ÷ 10 6 ÷ 10 3 : 6 70 ÷ 80 Gạo xát 5 9 3 83 Phôi 24 14 8 54 Cám 37 36 5 22 Như ta thấy ở bảng 1.7, trong phôi và gạo lứt có nhiều glutelin còn trong cám có nhiều các protein albumin và globulin. Protein từ gạo dễ tiêu hóa và cũng là một nguồn protein thực vật dồi dào. Các giống lúa ở Việt Nam tạo ra các loại gạo có hàm lượng protein khoảng 6 – 12% nhưng lại chứa các acid amin cần thiết, không thay thế được. Thành phần protein của gạo có đủ 20 amino acid khác nhau. Nếu xét trên các acid amin không thay thế thì protein gạo có giá trị sinh học cao hơn của ngô và lúa mì. Thành phần các acid amin tham gia tạo nên các nhóm protein khác nhau thì khác nhau. Phân bố các acid amin tại các phần khác nhau của hạt cũng không giống nhau 15
Đồ án tốt nghiệp Bảng 1.8. Thành phần các acid amin của các phần khác nhau trong hạt gạo [7] Acid amin Gạo lứt Gạo xát Tryptophan 1,3 – 1,5 1,3 – 1,8 Threonine 3,9 – 4,0 3,7 – 3,9 Isoleucine 3,6 – 4,6 3,2 – 4,8 Leucine 8,3 – 8,9 8,4 – 8,6 Methionine 2,3 – 2,5 2,3 – 3,0 Lysine 3,9 – 4,3 3,4 – 4,2 Cystine 2,2 – 2,4 1,8 – 2,6 Phenylalanin 5,0 – 5,3 5,3 – 5,5 Tyrosine 3,8 – 4,6 4,4 – 5,5 Valine 5,0 – 6,6 4,9 – 6,8 Asginine 8,5 – 10,5 8,6 – 8,7 Glycine 4,7 – 4,8 4,5 – 4,8 Histidine 2,4 – 2,6 2,3 – 2,7 Alanine 5,8 5,6 – 5,8 Aspartic 9,0 – 9,5 9,1 – 9,6 Glutamic 16,9 – 17,6 18,3 – 18,5 Serine 4,8 – 5,8 5,3 – 5,9 Proline 4,8 – 5,1 4,6 – 5,1 Lipid Trong gạo lứt, hàm lượng chất bẻo rất nhỏ (1,5 – 2,3%) và tập trung chủ yếu ở lớp cám, aleurone và phôi hạt. Lipid tồn tại dưới dạng các giọt chất béo có kích thước <0,5µm trong lớp aleurone <1µm trong lớp subaleurone và <0,7µm trong phôi và các thành phần khác của hạt. Loại lipid chính trong cám là triglyderide, acid béo tự do trong nội nhũ và monoacyl lipid trong tinh bột. Lipid tồn tạo ở dạng các acid béo không no bao gồm acid oleic (43,2%), acid linoleic (30,6%), acid béo no là acid palmitic (15,5%) và lượng nhỏ các acid béo khác như acid stearic, acid meristic, acid linostearic Trong thành phần chất béo có một lượng nhỏ phosphor. 16
Đồ án tốt nghiệp Vì vậy, trong quá trình bảo quản gạo, nếu gặp điều kiện nhiệt độ cao kèm theo thủy phân của gạo cao thì quá trình oxy hóa chất béo dễ dàng xảy ra làm biến chất và gây hư hỏng hạt gạo. Chất béo trong cám rất có lợi cho sức khỏe. Theo nghiên cứu được công bố vào năm 2005, dầu cám giúp giảm cholesterol do trong thành phần có chứa các hợp chất không thể xà phòng hóa được. Vì vậy dầu cám được xem như là một thực phẩm chức năng quan trọng cho sức khỏe tim mạch. Bảng 1.9. Hàm lượng các hợp chất lipid trong các loại gạo (đơn vị tính: % khối lượng) Acid béo Gạo lật Gạo xát Gạo trắng Palmitic 23 33 23 Oleic 35 21 35 Linoleic 38 40 38 Các acid béo khác 4 6 4 Lipid trung tính, % tổng lipid 5 8 5 Acid béo tự do 7 15 5 Triglycerides 71 58 72 Glycolipid, % tổng lipid 5 8 5 Phospholipid, % tổng lipid 4 9 3 (Nguồn: Juhano (1977), Chou Dhury và Juhano (1980)) Chất khoáng Các chất khoáng vô cơ tập trung ở lớp vỏ trấu, hạt và phôi. Chất khoáng nhiều nhất trong vỏ trấu là Silic (Si), trong phôi hạt là Phospho (P), Kali (K), Magie (Mg). Lượng Phospho trong hạt lúa đa số tồn tại ở dạng phytin (83%) và ở dạng acid nucleic (13%). 17
Đồ án tốt nghiệp Bảng 1.10. Thành phần các chất khoáng trong thóc gạo (đơn vị tính: mg%) Thành phần Gạo lứt Gạo xát Cám Al 0,73 – 7,23 53,9 – 369 Ca 400 80 -270 1310 Cl 203 – 275 163 – 239 510 – 970 Fe 24 4,9 – 7,2 530 Mg 379 – 1170 239 – 374 8650 – 10750 Mn 13 – 42 9,9 – 13,6 110 P 2480 – 3500 1230 – 1920 14800 K 1240 – 2470 557 – 1170 136500 Si 280 – 1900 140 – 370 1700 – 4400 Na 31 – 69 22 – 50 230 Zn 15 – 22 12 - 21 80 (Nguồn: Alvarez and Rook, 1978; Dkeman et al, 1981) Theo như ta thấy hàm lượng các chất khoáng, cũng như là thành phần tro có trong gạo lứt cao hơn gạo xát và cám Nên gạo lứt có giá trị dinh dưỡng rất cao. Vitamin Hầu như gạo không chưa hoặc chứa rất ít các vitamin không tan trong nước như vitamin A, C, D. Gạo đỏ được xem là nguồn cung cấp dồi dào các vitamin nhóm B, chưa nhiều nhất là B1, tiếp đến là B2, B6, PP, B12 và vitamin H. Các vitamin này tập trung chủ yếu ở lớp vỏ hạt, lớp aleurone và phôi hạt. Những vitamin này đa số đóng vai trò là coenzyme của các enzyme xúc tác vô số phản ứng sinh hóa trong cơ thể (Lê Ngọc Tú, 1997). Có thể nói nó rất quan trọng đối với cơ thể. Nhưng các vitamin này là các vitamin tan trong nước nên cơ thể chúng ta khó dự trữ được,do đó các vitamin này cần được cung cấp hằng ngày. 18
Đồ án tốt nghiệp Bảng 1.11. Thành phần vitamin trong các loại gạo (mg/kg chất khô), đơn vị: % khối lượng hạt Các loại vitamin Gạo lứt Gạo xát Gạo trắng Tiền vitamin A 0 – 0,11 Vết 0 – 0,9 Thiamin (B1) 2,9 – 6,1 0,2 – 0,11 3 – 19 Riboflavin (B2) 0,4 – 1,4 0,2 – 0,6 1,7 – 2,4 Niacin (PP) 35 – 53 13 – 24 224 – 389 Pyridoxine (B5) 5 – 9 0,4 – 1,2 9 – 27 Panthothenic acid 9 – 15 3,7 29 – 56 Biotin 0,04 – 0,10 0,01 – 0,06 0,1 – 0,6 Cyanocobalamin (B12) 0 – 0,004 0 - 0,0014 0 - 0,003 Vitamin E 9 – 25 Vết 54 - 86 (Nguồn: Juliano (1966, 1972, 1980), Mayakawa (1977)) Trong các loại vitamin của gạo thì thành phần vitamin B1 là chiếm tỉ lệ cao và có vai trò quan trọng trong chế biến và sử dụng , do đó chúng ta nên nắm rõ phân bố của vitamin B1 trong các bộ phận của thóc gạo. Bảng 1.12. Phân bố vitamin B1 trong các bộ phận của thóc gạo Tỷ lệ về trọng Lƣợng vitamin B1 Tỷ lệ về lƣợng Bộ phận lƣợng (%) trong 100g (%) vitamin B1 (%) Cả hạt 100 350 100 Nội nhũ 92 20 5 Phôi 3 750 66 Lớp cám 5 200 29 (Nguồn: Juliano (1966, 1972, 1980), Mayakawa (1977)) Enzyme Hầu hết các quá trình xảy ra trong tế bào sống, kể cả trong hạt đều tiến hành dưới tác dụng của các enzyme do enzyme giữ một vai trò quan trọng trong mọi hoạt động sống. Tùy thuộc vào nhiệt độ, pH của môi trường và các chất xúc tác mà các enzyme này có cường độ hoạt động khác nhau, gây cho thóc có những biến đổi về 19
Đồ án tốt nghiệp chất lượng nhất định . Có loại enzyme xúc tác phản ứng làm tăng chất lượng thóc gạo, nhưng cũng có loại enzyme hoạt động làm cho thóc gạo bị giảm chất lượng nghiêm trọng. Chẳng hạn như enzyme phosphorydase xúc tác phản ứng tổng hợp nên tinh bột giúp hạt hoàn thiện hơn về mặt chất lượng trong quá trình chín sau thu hoạch. Nhưng ngược lại, enzyme hydrolase (amylase, lipase, ) khi gặp điều kiện thuận lợi sẽ thủy phân các hợp chất hữu cơ phức tạp (tinh bột, lipid), thành những chất đơn giản dễ hòa tan tạo điều kiện phôi phát triển thành mầm. Chất màu trong gạo lứt Trong quá trình nghiên cứu, chất màu có trong gạo đỏ đó là carotenoid và anthocyanin, là chất màu thuộc nhóm flavonoid. Nhưng có điểm khác cơ bản với flavonoid thong thường không có nhóm Cacbonyl ở C4. Có 3 nhóm anthocyamin chủ yếu là: Pelargonidin (I): màu vàng cam hoặc hồng. Cyamidin (II): màu hồng xỉn. Delphimidin (III): màu đỏ hoặc tím. Anthocyanin là một chất chống oxy hóa mạnh, có thể cắt đứt các cơn đau tim và ngăn cản sự tạo thành các cục máu đông trong lòng mạch máu. Thêm vào đó gạo lứt có chứa sắc tố có hàm lượng vitamin B2 nhiều hơn gạo trắng bình thường. Các thành phần khác Trong thóc gạo có những chất dễ bay hơi NH3, H2S, các acetadehyd. Đặc biệt, hợp chất 2-accyl-1-pyroline tạo hương thơm đặc trưng cho cơm. Tuy nhiên khi bảo quản hạt không tốt, thành phần lipid trong hạt gạo bị phân hủy tạo ra những mùi hôi khó chịu. 20
Đồ án tốt nghiệp Bảng 1.13. So sánh thành phần gạo lứt và gạo trắng (Theo FAO 1994) Tên các chất Gạo lứt Gạo trắng Protein (g/100g) 7,1 – 8,3 6,3 – 7,1 Chất béo (g/100g) 1,6 – 2,8 0,3 – 0,5 Chất xơ nguyên (g/100g) 0,6 – 1,0 0,2 – 0,5 Cacbohydrate (g/100g) 73 – 87 77 – 89 Chất xơ làm sạch trung tính (g/100g) 2,9 – 3,9 0,7 – 2,3 Vitamin B1 (mg/100g) 0,29 – 0,61 0,02 – 0,11 Vitamin B2 (mg/100g) 0,04 – 0,14 0,02 – 0,06 Niacin (mg/100g) 3,5 – 5,3 1,3 – 2,4 α- Tocophral (mg/100g) 0,9 – 2,5 0,075 – 0,3 Calcium (mg/100g) 10 – 50 10 – 30 Phospho (g/100g) 0,17 – 0,34 0,08 – 0,15 Phytin (g/100g) 0,13 – 0,27 0,02 – 0,07 Fe (mg/100g) 0,2 – 5,2 0,2 – 2,8 Zn (mg/100g) 0,6 – 2,8 0,6 – 2,3 (Nguồn: P.Dinesh Babu và cộng sự, 2009) 1.1.4. Giá trị dinh dưỡng của hạt gạo Gạo là loại thực phẩm carbohydrate hỗn tạp, chứa tinh bột (80%), một thành phần chủ yếu cung cấp nhiều năng lượng, protein (7,5%), nước (12%), vitamin và các chất khoáng (0,5%) cần thiết cho cơ thể. Tinh bột chứa trong hạt gạo dưới hình thức carbohydrate và trong con người dưới dạng glucogen, gồm loại carbonhydrate đơn giản như chất đường glucose, fructose, lactose và sucrose; và loại carbonhydrate hỗn tạp là một chuỗi phân tử glucose nối kết nhau chứa nhiều chất sợi. Tinh bột cung cấp phần lớn năng lượng cho con người. Gạo trắng chứa carb rất cao, độ 82/100g. Do đó, 90% năng lượng gạo cung cấp do carbonhydrate. Trong tinh bột có hai thành phần: amylose và amylopectin. Hai loại tinh bột này ảnh hưởng rất nhiều đến hạt cơm sau khi nấu, nhưng không ảnh hưởng đến giá trị dinh dưỡng. Hạt gạo có nhiều chất amylose sẽ 21
Đồ án tốt nghiệp làm cho hạt cơm cứng và hạt chứa ít amylose, nghĩa là nhiều amylopectin cho cơm dẻo nhiều hơn. Nếp chứa từ 0-10% amylose (hay 10-100% amylopectin) là thức ăn chính của người Lào, người Thái ở vùng Đông Bắc Thái Lan và nhiều dân tộc thiểu số ở các vùng núi. Gạo Japonica có từ 14-16% amylose cho cơm dẻo và dính nhau, là thức ăn căn bản của người Nhật, Hàn Quốc, Triều Tiên. Gạo thơm thường có 21- 23% amylose nên gạo không dẻo lắm mà cũng không cứng lắm sau khi nguội, ngoại trừ gạo Basmati với hạt cơm rời nhau. Các loại gạo thông thường của dân Đông Nam Á có khoảng 21-25% amylose. Chất protein: Gạo là loại thức ăn dễ tiêu hóa và cung cấp loại protein tốt cho con người. Chất protein cung cấp các phân tử amino acid để thành lập mô bì, tạo ra enzym, kích thích tố và chất kháng sinh. Chỉ số giá trị sử dụng protein thật sự của gạo là 63, so sánh với 49 cho lúa mì và 36 cho bắp (căn cứ trên protein của trứng là 100). Vitamin: Cũng giống như các loại ngũ cốc khác, lúa gạo không chứa các loại vitamin A, C hay D, nhưng có vitamin B1, vitamin B2, niacin, vitamin E, ít chất sắt và kẽm và nhiều chất khoáng Mg, P, K, Ca. Thiamin là vitamin B1 giúp tiêu hóa chất đường glucose để cho năng lượng, vì thế hỗ trợ cho các tế bào thần kinh, hoạt động của tim và vị giác. Vitamin B1 không thể dự trữ trong cơ thể nên phải cung cấp hàng ngày. Gạo trắng cung cấp 0,07 mg B1/100 gram. Riboflavin: Gạo chứa ít chất riboflavin hay vitamin B2, rất cần thiết cho sản xuất năng lượng và nuôi dưỡng biểu bì của mắt và da. Gạo trắng chứa 0,02 mg B2/100 gram. Niacin là yếu tố cần thiết để phân tách chất glucose cho năng lượng và cho da và hoạt động bình thường của hệ thần kinh. Gạo trắng chứa 1,8 mg Niacin/100 gram. Vitamin E là một loại sinh tố tan trong mỡ, giúp cho vitamin A và các chất béo chống oxy hóa trong tế bào và bảo vệ hủy hoại mô biểu bì của cơ thể. 22
Đồ án tốt nghiệp Ngoài ra, gạo còn cung cấp những chất khoáng cần thiết cho cơ thể với ít chất sắt (thành phần của hồng huyết cầu và enzym) và kẽm (giúp chống oxy hóa trong máu, thành phần của enzym trong tăng trưởng, phân chia tế bào), nhưng nhiều chất P (giúp xương, răng, biến hóa trong cơ thể), K (cho tổng hợp protein, hoạt động enzym), Ca (giúp xương, răng và điều hòa cơ thể), muối (giữ cân bằng chất lõng trong cơ thể, hoạt động bình thường của hệ thần kinh và bắp thịt) 1.2. Gạo mầm 1.2.1. Giới thiệu Gạo mầm được cho lên mầm từ gạo lứt còn nguyên phôi, xuất hiện lần đầu tiên năm 1995 tại Nhật Bản và ngày càng trở nên phổ biến trên thế giới. Tại Việt Nam, trong quá trình nghiên cứu thành công gần đây, chúng ta đã chứng minh được khi cho gạo lứt nảy mầm trong điều kiện thích hợp sẽ tạo ra một số chất dinh dưỡng đặc biệt là gamma amino butyric acid (GABA), vitamin E, niacin, vitamin B1, B6 và một số chất chống oxy hóa, có hàm lượng cao hơn gạo lứt. Gạo mầm có chất Gaba cao. Gạo mầm có công dụng bảo vệ sức khỏe thông qua việc cung cấp hàm lượng dinh dưỡng cao, giúp cân bằng huyết áp, giảm cholesterol xấu trong máu, ổn định đường huyết, giảm căng thẳng thần kinh, bổ sung calcium giúp chống loãng xương đồng thời có hàm lượng chất xơ cao tốt cho hệ tiêu hóa, chống táo bón Tóm lại gạo mầm là nguồn thực dưỡng quan trọng giúp bảo vệ sức khỏe. Hình 1.3. Gạo mầm 23
Đồ án tốt nghiệp Gạo mầm được tạo ra qua quá trình ngâm nước và nảy mầm ở điều kiện nhiệt độ và thời gian thích hợp của gạo lứt. Từ đó, sẽ tạo ra gạo mầm có hoạt tính enzyme cao. Tạo ra sản phẩm gạo mầm nhằm tăng giá trị dinh dưỡng sau khi nảy mầm. Đặc điểm quan trọng nhất của việc sản xuất gạo mầm là tạo ra sản phẩm có giá trị dinh dưỡng cao. Quá trình nảy mầm làm cải thiện chất lượng của gạo. Quá trình nảy mầm bị ảnh hưởng bởi các nhân tố bên ngoài như: thời gian nảy mầm, ánh sáng, hàm lượng chất dinh dưỡng dự trữ trong hạt Quá trình nảy mầm của hạt gạo giúp các enzyme nội bào bên trong hạt gạo hoạt động và phân cắt các chất có khối lượng phân tử lớn (protein, tinh bột, ) thành những chất có khối lượng phân tử nhỏ. Hơn nữa, tinh bột trong hạt sau khi nảy mầm sẽ dễ dàng bị thủy phân bởi enzyme amylase tạo thành các đường đơn, giúp quá trình tiêu hóa tốt hơn (N.Srisang và cộng sự, 2011). Ngoài ra quá trình nảy mầm gây ra những thay đổi quan trọng về dinh dưỡng như tăng hàm lượng GABA, hàm lượng chất xơ, tocotrienols và Gamma oryzanol (H.Y.Kim và cộng sự, 2012). Theo nghiên cứu của P. Dinesh và cộng sự, 2009, gạo mầm được xem như là một loại gạo tiên tiến có giá trị dinh dưỡng cao bao gồm vitamin, chất khoáng và những giá trị dinh dưỡng khác cần thiết cho cơ thể chống lại bệnh tật, sự lão hóa và tăng cường sức khỏe. Sản phẩm gạo mầm có chỉ số glyceride thấp giúp kiểm soát lượng đường trong máu, do đó có vai trò quan trọng đối với bệnh nhân tiểu đường và những người muốn kiểm soát cân nặng của họ. Sản phẩm gạo mầm cũng là một nguồn dồi dào magie, có tác dụng làm giảm tính trầm trọng của bệnh hen suyễn, giảm bệnh cao huyết áp, chứng đau nửa đầu, bệnh tim và đột quỵ. 24
Đồ án tốt nghiệp Bảng 1.14. Thành phần dinh dưỡng trong 1kg gạo mầm cung cấp cho sức khỏe Thành phần Hàm lƣợng Cacbohydrates 700 – 800g Protein 70 – 110g Lipid 20 – 30g Chất xơ 4 – 6g GABA (Gamma aminobutyric acid) 120 – 200mg Inositol 100 – 170mg Calcium 50 – 80mg Vitamin B1 3 – 7mg Vitamin E 3 – 6mg Chỉ số đường huyết GI (%) 58 ± 4,3 (so với glucose) (Nguồn: aophuongnam.vn/niem-tin-o-khach-hang-va-chat-luong-o-chung-toi) 1.2.2. Giá trị dinh dưỡng của gạo mầm Gạo mầm có 5 tác dụng chính là :  Tác dụng của gạo mầm làm ổn định đường huyết cho người bệnh tiểu đường Do chỉ số đường huyết trong gạo mầm thấp hơn nhiều so với gạo trắng và cả gạo lứt nên khi người bị tiểu đường sau khi ăn sẽ không bị tăng huyết áp vì thông qua tác dụng kép, vừa tối ưu hóa hoạt tính của insulin, đồng thời gạo mầm còn có công dụng giảm Cholestorol xấu trong máu cho người bị cao huyết áp.  Tác dụng tốt cho hệ thần kinh Công dụng của chất Gaba là đóng vai trò quan trọng trong việc ức chế sự lan truyền của các tế bào dẫn truyền thái quá và giảm bớt hoạt động của các neuron thần kinh. Chính vì vậy nên khả năng hoạt động của não được cải thiện, giúp con người ngủ ngon giấc, giảm căng thẳng (stress) và ngăn ngừa chứng mất trí nhớ của người cao tuổi (Alzheimer).  Chống loãng xương một cách tự nhiên Do hàm lượng calcium tăng cao gấp 1,5 lần so với gạo lứt, đồng thời trấn an hệ thần kinh giao cảm do chứa nhiều canxi ở dạng cơ thể dễ dung nạp. 25
Đồ án tốt nghiệp  Chống béo phì, giảm cân, ngăn ngừa lão hóa Khi ăn gạo mầm Vibiagaba, Gaba có trong gạo sẽ kích thích tiến trình tổng hợp nội tiết tố tăng trưởng (HGH) theo cơ chế sinh học, vì thế sẽ ngăn chặn béo phì và lão hóa tế bào.  Tốt cho hệ tiêu hóa Hàm lượng chất xơ có trong gạo mầm cao nên gúp cho cơ thể - nhất là người lớn tuổi ngừa táo bón, đầy hơi, rất tốt cho hệ tiêu hóa. Gạo mầm Vibigaba rất hữu ích trong việc cải thiện sức khỏe của người già, người đang bệnh cần phục hồi sức khỏe hoặc có những triệu chứng của bệnh mãn tính như tiểu đường, cao huyết áp, mỡ máu Những người muốn giảm cân hoặc gặp các vấn đề về street, căng thẳng 1.2.3. Giới thiệu GABA: 1.2.3.1. Giới thiệu: Hình 1.4. Công thức hóa học của GABA GABA là tên viết tắt của tên khoa học là γ-aminobutyric acid, là một loại siêu cường acid amin giữ vai trò như chất dẫn truyền thần kinh (chất dẫn truyền thần kinh là chất truyền các tín hiệu thần kinh qua các khe sinap và giữ sự liên lạc giữa các tế bào với nhau. Sinap là vùng tại đó các xung thần kinh được truyền tải tới tận cùng sợi trục). Năm 1883, GABA lần đầu tiên được tổng hợp và chỉ được biết đến như là một sản phẩm của quá trình trao đổi chất từ thực vật và vi sinh vật. Tuy nhiên, vào 26
Đồ án tốt nghiệp năm 1950, GABA được phát hiện là một phần không thể thiếu của hệ thần kinh trung ương của động vật có vú. GABA được sản sinh ra từ các aminoacid – glutamic acid trong não bộ, GABA có tác dụng không thể thiếu đối với cơ thể để đảm bảo duy trì sự hoạt động bình thường của não bộ đặc biệt là các neuron thần kinh. GABA đóng vai trò chính trong việc giảm bớt sự hoạt động của các neuron thần kinh và ức chế sự lan truyền của các tế bào dẫn truyền. Cùng với niacinamide và inositol, GABA ngăn cản các truyền dẫn căng thẳng và bất an đến vùng thần kinh trung ương bằng việc chiếm giữ các vùng tiếp nhận tin các tế bào này, khống chế các vùng tiếp nhận tin GABA được tích lũy trong gạo mầm nhiều hay ít phụ thuộc vào các yếu tố: giống lúa, thời gian ngâm, xử lý khí, xử lý với áp xuất xao, nhiệt độ ngâm 1.2.3.2. Vai trò của GABA đối với con người Một số nghiên cứu gần đâu cho thấy GABA đóng vai trò quan trọng đối với sức khỏe của con người. GABA ngăn chặn bệnh Alzheimer’s (Ito và Ishikawa, 2004), làm giảm bệnh huyết áp cao (Elliott và Hobbiger, 1959; Chung và cộng sự, 2009), ức chế sự tăng nhanh của tế bào ung thư (Oh và Oh, 2004). Ngoài ra GABA trong gạo nảy mầm là chất dẫn truyền thần kinh có tác dụng giảm stress, an thần, ngủ ngon, thư giãn cơ cắp. Chúng đóng vai trò quan trọng ngăn chặn bệnh tai biến mạch máu và giảm những cơn đau mãn tính (Dinesh và cộng sự, 2009). Hàm lượng GABA trong mô thực vật thấp (0,03 - 2µmol/g) (Rhodes và cộng sự, 1986). Vì vậy, các phương pháp để tăng hàm lượng GABA trong thực phẩm được nghiên cứu hiện nay. Hàm lượng GABA được nghiên cứu cao hơn trong và Gabaron khi ủ trà trong điều kiện yếm khí (Sawai và cộng sự, 2001), mầm đậu được xử lý với CO2 (Katagiri và Shimizu, 1989) hay gạo được xử lý với các phương pháp khác nhau. Các nhà nghiên cứu cho rằng có rất nhiều phương pháp làm tăng hàm lượng GABA trong gạo. Hàm lượng GABA được tích lũy trong quá trình nảy mầm gạo bị ảnh hưởng bởi các yếu tố như: giống lúa, thời gian nảy mầm, điều kiện xử lý khí, điều kiện áp suất, dung dịch ngâm, nhiệt độ nảy mầm, Các yếu tố này cần được khảo sát để tạo ra một loại gạo có hàm lượng GABA cao. 27
Đồ án tốt nghiệp 1.3. Quá trình nảy mầm 1.3.1. Định nghĩa Nảy mầm là sự phát triển của phôi bên trong hạt. Đây là một quá trình bao gồm sự kết hợp những khả năng có thể xảy ra để bắt đầu sự hấp thu nước của hạt gạo khô, kết thúc quá trình này là sự phát triển của phôi và sự hình thành rễ mầm xuyên qua cấu trúc của hạt xung quanh phôi và tiếp theo là sự phát triển thành cây con (Bewley and Black, 1994). Trong hạt gạo khô có sẵn một lượng nước ở dạng liên kết. Nước từ bên ngoài khi thấm vào trong hạt sẽ hòa tan các chất dự trữ và hoạt hóa các enzyme xúc tác quá trình phân giải các hợp chất cao phân tử trong hạt thành những chất đơn giản cung cấp cho hoạt động tăng cường của phôi để hình thành cây mầm. Phôi là nơi hút nước mạnh nhất. Tốc độ hút nước rất mạnh ở thời gian đầu do sự chênh lệch áp suất thẩm thấu rất lớn giữa môi trường bên ngoài và các tế bào bên trong hạt, đồng thời các chất keo háo nước trương nở rất mạnh, càng về sau sức hút nước của hạt càng giảm (Nguyễn Đức Lượng và cộng sự, 2004). Quá trình nảy mầm của hạt phụ thuộc vào điều kiện bên trong và bên ngoài. Thời gian mà hạt giống có thể sống sót rất khác nhau và phụ thuộc vào điều kiện tồn trữ và loại hạt giống (Mayer và Poljakoff-Mayber, 1975). Để hạt gạo có thể nảy mầm, nó phải được đặt trong môi trường thuận lợi như: cung cấp đầy đủ nước, nhiệt độ thích hợp, thành phần không khí trong khí quyển, ánh sáng 28
Đồ án tốt nghiệp 1.3.2. Quy trình thực hiện Gạo lứt Xử lý sơ bộ Ngâm trong nước Làm ráo nước Ủ Sấy khô Đóng gói S ả n ph ẩm Hình 1.5. Quy trình thực hiện 1.3.3. Các biến đổi xảy ra trong quá trình nảy mầm 1.3.3.1. Biến đổi sinh hóa: Đặc trưng nhất của biến đổi sinh hóa trong khi nảy mầm là sự tăng đột ngột hoạt động thủy phân xảy ra trong hạt. Các hợp chất dự trữ dưới dạng các polymer bị phân giải thành các monome phục vụ cho sự nảy mầm. Chính vì vậy mà các enzyme thủy phân , đặc biệt là α-amylase được tổng hợp mạnh và hoạt tính cũng được tăng lên nhanh khi hạt phát động sinh trưởng. Kết quả là tinh bột bị thủy phân 29
Đồ án tốt nghiệp thành đường làm nguyên liệu cho hô hấp và hoạt tính protease tăng lên mạnh hơn hoặc hạt chứa nhiều chất béo thì hoạt tính của lipase chiếm ưu thế. 1.3.3.2. Biến đổi sinh lý: Biến đổi sinh lý đặc trưng nhất trong quá trình nảy mầm là hô hấp. Ngay sau khi hạt hút nước, hoạt tính các enzyme sau hô hấp tăng lên mạnh, làm cường độ hô hấp của hạt tăng lên rất nhanh. Việc tăng hô hấp đã giúp cây có đủ năng lượng cần thiết cho sự nảy mầm (Nguyễn Đức Lượng và cộng sự, 2004). 1.3.4. Các giai đoạn của quá trình nảy mầm  Giai đoạn một: Sự hoạt hóa Sự hút ẩm (quá trình vật lý): sự hấp thu nước của hạt khô làm tăng hàm lượng nước trong hạt, làm mềm vỏ hạt. Hạt trương lên và vỏ hạt bị nứt ra. Sự tổng hợp các enzyme, hoạt động enzyme bắt đầu trong vòng vài giờ sau khi xảy ra sự hấp thu nước của hạt. Hoạt động của các enzyme một phần từ sự tái hoạt hóa các enzyme dự trữ được hình thành từ sự phát triển của phôi và một phần từ sự tổng hợp các enzyme mới khi hạt bắt đầu nảy mầm.  Giai đoạn hai: Sự phân giải các chất dự trữ và vận chuyển Các chất dự trữ (chất béo, protein, hợp chất có carbon) được thủy phân thành các hợp chất hữu cơ đơn giản và sau đó vận chuyển đến các vị trí tăng trưởng của trục phôi. Tinh bột Dextrin Maltose Protein acid amin Lipid glycerin + acid béo Các hoạt động sinh tổng hợp của tế bào sẽ được kích hoạt. Sự hấp thu nước và hô hấp tiếp tục diễn ra ở một tốc độ đều đặn. Khi xảy ra hiện tượng nảy mầm, hạt thóc xảy ra hiện tượng biến đổi về màu sắc và thành phần hóa học: Hàm lượng tinh bột giảm đáng kể. Hàm lượng đường tăng cao. Enzyme amylase phát triển mạnh.  Giai đoạn ba: Sự tăng trưởng của cây mầm 30
Đồ án tốt nghiệp Sự phân chia tế bào xảy ra hai đầu của trục phôi. Một đầu phát triển thành chồi mầm, một đầu phát triển thành rễ mầm trên trục phôi có mang một hoặc hai lá mầm được gọi là tử diệp. Khi mầm bắt đầu tăng trưởng, trọng lượng tươi và khô của cây mầm bắt đầu tăng trọng khi trọng lượng mỡ dự trữ giảm (Nguyễn Đức Lượng và cộng sự, 2004). 1.3.5. Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình nảy mầm Độ ẩm Theo chúng ta đã biết, nước là yếu tố cơ bản của sự nảy mầm vì gạo muốn nảy mầm thì phải trải qua quá trình hút nước. Trong quá trình ngâm, khi độ ẩm tăng cường độ hô hấp sẽ tăng lên mạnh nhất tạo điều kiện cho sự nảy mầm nhanh chóng. Giai đoạn ngủ nghỉ hạt có độ ẩm thấp và không có hoạt động trao đổi chất. Có khi độ ẩm không thích hợp là không thể cho nảy mầm 100%. Hạt gạo nảy mầm ở độ ẩm khoảng 26,5% Độ ẩm cao cũng có thể ngăn cản hạt nảy mầm vì nếu độ ẩm cao và kéo dài thì sẽ tạo điều kiện cho các vi sinh vật phát triển và giảm chất lượng của sản phẩm Nhiệt độ Ảnh hưởng của nhiệt độ được biểu diễn bằng một giới hạn từ điểm tối thiểu, tối ưu, tối đa mà sự nảy mầm có thể xảy ra. Nhiệt độ tối ưu là nhiệt độ mà hạt có phần trăm nảy mầm cao nhất, trong một thời gian ngắn nhất, nhiệt độ tối ưu nảy mầm của gạo là 35 -37oC. Nhiệt độ yêu cầu có thể thay đổi tùy theo các giai đoạn khác nhau của sự nảy mầm. Tuy nhiên ở điều kiện mát (25oC) thì gạo mầm tích lũy chất dinh dưỡng cao nhất, đặc biệt là hàm lượng GABA. Ánh sáng Ánh sáng có ảnh hưởng đến toàn bộ đời sống của thực vật từ khi hạt nảy mầm sinh trưởng. Sự nảy mầm của hạt bị kích thích bởi quang chu kì (ánh sáng và tối). Ánh sáng có thể là một sự kích hoạt của môi trường cho sự nảy mầm và nó là một dạng tiềm sinh sinh lý. Hầu hết hạt giống không bị ảnh hưởng bởi ánh sáng hay bóng tối, nhưng nhiều loại hạt, bao gồm của những loài mà được tìm thấy ở trong 31
Đồ án tốt nghiệp môi trường rừng, sẽ không nảy mầm cho đến khi một khoảng hở ở tầng tán chính xuất hiện cho phép một lượng ánh sáng vừa đủ để hạt phát triển thành cây con Không khí Không khí là hỗn hợp 20% O2, 0,03% CO2 và 80% N2. Hầu hết sự nảy mầm của hạt đều cần sự có mặt của Oxi . Khi CO2 cao hơn 0,03% làm chậm sự nảy mầm trong khi N2 không ảnh hưởng. Hô hấp tăng mạnh lên trong quá trình nảy mầm, hô hấp là một quá trình oxi hóa cần thiết và phải có sự cung cấp oxi đầy đủ cho quá trình này, nếu hàm lượng oxi thấp sẽ làm chậm quá trình nảy mầm. Oxi rất cần thiết cho quá trình hô hấp của phôi hạt, gạo có thể nảy mầm trong điều kiện không có oxi nhưng mầm yếu và phát triển không bình thường. 1.3.6. Các enzyme tham gia quá trình nảy mầm Trong hạt khô, enzyme ở dạng liên kết và chúng được chuyển sang trạng thái hoạt động khi hạt nảy mầm. Ngoài ra, còn có một số enzyme được tổng hợp mới. α –amylase: Enzyme này 100% không hoạt động ở hạt chín. Hoạt tính của enzyme amylase tăng dần trong quá trình nảy mầm của hạt. Ở nhiệt độ 25oC, hoạt tính của α-amylase đạt tới cực đại sau khi ủ được 34 – 36 giờ, ở nhiệt độ 28 – 30oC, hoạt tính của α-amylase đạt cực đại ở sau 30 giờ. β –amylase: Enzyme β-amylase tồn tại ở dạng liên kết và một số ít hoạt động rất yếu trong hạt chín 100%. Hoạt động này tăng lên trong quá trình hạt nảy mầm. Thời gian để enzyme này đạt cực đại cũng tùy thuộc vào nhiệt độ. Protease: các protein dự trữ trong hạt bị phân cắt do hoạt động của các protease tạo thành sản phẩm cuối cùng là các amino acid, các amino acid này sau đó được sử dụng để tổng hợp thành các hợp chất mới trong tế bào của các mô cây mầm (Nguyễn Đức Lượng và cộng sự, 2004). Phytic acid: là chất cản trở việc hấp thu chất khoáng, nhất là sắt, kẽm. Quá trình nảy mầm kích hoạt sự hoạt động của men phytase làm cho các phytic acid trong gạo chuyển thành inositol làm tăng mức độ hấp thu của chất khoáng. 32
Đồ án tốt nghiệp Enzyme oxy hóa khử: trong quá trình nảy mầm, hoạt động của các loại enzyme này tăng lên mạnh do đó hoạt động hô hấp của hạt cũng gia tăng. 1.4. Enzyme amylase 1.4.1. Khái quát Amylase là một loại enzyme rất phổ biến trong thế giới sinh vật. Các enzyme này thuộc nhóm enzyme thủy phân, xúc tác phân giải liên kết nội phân tử trong nhóm polysaccharide với sự tham gia của nước: RR’ + H-OH RH + R’OH Amylase thủy phân tinh bột, glycogen và dextrin thành glucose, maltose và dextrin hạn chế. Các enzyme amylase có trong nước bọt (còn được gọi là ptyalin), trong dịch tiêu hóa của người và động vật, trong hạt nảy mầm, nấm sợi, xạ khuẩn, nấm men và vi khuẩn. Amylase của malt thủy phân tinh bột lúa mạch thành disaccharide làm cơ chất cho quá trình lên men bởi nấm men. Amylase là một trong những loại enzyme được ứng dụng rộng rãi trong công nghiệp, y tế, và nhiều lĩnh vực kinh tế khác, đặc biệt là trong ngành công nghiệp thực phẩm. Có 6 loại enzyme amylse được xếp vào 2 nhóm: endoamylase (enzyme thủy phân ngay bên trong) và exoamylase (enzyme thủy phân từ bên ngoài vào). Endoamylase gồm có α-amylase và nhóm enzyme nhóm khử. Nhóm enzyme khử nhánh này được chia thành hai loại: khử trực tiếp là pullulanase (hay α-dextrin 6-glucoside), khử gián tiếp là transglucoside (hay oligo-1,6-glucoside) và amylo- 1,6-glucoside. Các enzyme này thủy phân liên kết bên trong của chuỗi polysaccharide. Exoamylase gồm có β-amylase và γ-amylase. Đây là những enzyme thủy phân tinh bột từ đầu không khử của chuỗi polysaccharide (Nguyễn Đức Lượng và cộng sự, 2004). Amylase dễ tan trong nước, trong dung dịch muối và rượu loãng. 33
Đồ án tốt nghiệp Enzyme amylase Exoamylase Endoamylase β –amylase γ –amylase Enzyme khử nhánh α –amylase Khử trực tiếp Khử gián tiếp α –dextrin 6-glucoside oligo-1,6-glucoside (pullulanase) (transglucoside) Và amylo-1,6 glucoside Hình 1.6. Các loại enzyme endoamylase và exoamylase 1.4.2. Cơ chất của enzyme amylase  Tinh bột: Tinh bột là nhóm carbohydrate ở thực vật có chủ yếu trong các loại củ (như khoai lang, khoai tây, khoai mì, ), trong các hạt ngũ cốc, các loại hạt và có công thức tổng quát là (C6H12O6)n. Tinh bột từ mọi nguồn khác nhau đều có cấu tạo từ amylose và amylopectin (Meyer, 1940). Các loại tinh bột đều có 20 – 30% amylase và 70 – 80% amylopectin. Trong thực vật, tinh bột được xem là chất dự trữ năng lượng quan trọng. Amylose có trọng lượng phân tử 50.000 – 160.000, cấu tạo từ 200 – 1000 phân tử D-glucose nối với nhau bởi liên kết α-1,4-glucoside tạo thành một mạch xoắn dài không phân nhánh Amylopectin có trọng lượng phân tử 400.000 đến hàng chục triệu Da, được cấu tạo từ 600 – 6.000 phân tử D-glucose, nối với nhau bởi liên kết α-1,4-glucoside và α-1,6-glucoside tạo thành mạch có nhiều nhánh. Tinh bột không tan trong nươc 34
Đồ án tốt nghiệp lạnh nhưng khi hỗn hợp gồm nước và tinh bột bị đun nóng (60 – 85oC) thì tinh bột sẽ bị hồ hóa và được gọi là hồ tinh bột. (a) (b) Hình 1.7. Cấu tạo hóa học của amylose (a) và amylopectin (b) Dưới tác dụng của enzyme amylase, tinh bột bị thủy phân do các liên kết glucoside bị phân cắt. Sự thủy phân tinh bột bởi enzyme amylase xảy ra theo 2 mức độ: dịch hóa và đường hóa. Kết quả của sự dịch hóa là tạo ra sản phẩm trung gian dextrin và khi dextrin tiếp tục đường hóa thì sản phẩm là maltose và glucose. Carbonhydrate trong thực phẩm là nguồn cung cấp năng lượng quan trọng cho cơ thể con người. Rau và quả cũng là nguồn cung cấp tinh bột và tinh bột này một phần chuyển hóa thành disaccharide và glucose. Carbonhydrate có mặt trong hầu hết các loại thực phẩm nhưng nguồn cung cấp chủ yếu là đường và tinh bột.  Glycogen Glycogen là một loại carbonhydrate dự trữ. Ở động vật được dự trữ trong cơ thể động vật và được cơ thể chuyển hóa để sử dụng từ từ. Amylase có vai trò quan trọng trong sự chuyển hóa glucid ở tế bào động vật, vi sinh vật. Glycogen được cấu tạo từ các glucose liên kết với nhau bằng liên kết với nhau bởi liên kết α-1,4- glycoside ở các vị trí phân nhánh, glucose nối với nhau bằng liên kết α-1,6- glycoside. Glycogen có số mạch nhiều hơn tinh bột, phân tử lượng ở trong khoảng 2 -3 triệu Da. Glycogen dễ tan trong nước, nếu như chúng ta ăn quá nhiều carbonhydrate thì cơ thể chúng ta sẽ chuyển hóa chúng thành chất béo dự trữ. Ở động vật và người, glycogen tập trung chủ yếu ở trong gan. 35
Đồ án tốt nghiệp Chƣơng 2. VẬT LIỆU VÀ PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 2.1. Địa điểm và thời gian thí nghiệm 2.1.1. Địa điểm và thời gian thí nghiệm Địa điểm: phòng thí nghiệm Công nghệ thực phẩm, khoa Công nghệ sinh học - Thực phẩm - Môi trường, trường Đại học Công nghệ thành phố Hồ Chí Minh. Thời gian: từ ngày 28 tháng 5 đến ngày 16 tháng 8 năm 2015 2.1.2. Nguyên liệu Giống lúa được chọn để thí nghiệm là lúa nương đỏ được lấy ở vùng cao Tây Nguyên 2.2. Phƣơng tiện thí nghiệm 2.2.1. Dụng cụ - thiết bị thí nghiệm - Cân điện tử - Tủ ủ - Tủ sấy - Bình hút ẩm - Dụng cụ thủy tinh dùng để phân tích - Máy đo quang phổ - Hệ thống cất đạm - Tủ hút - Bếp điện 2.2.2. Hóa chất - Acid acetic - Muối CH3COONa - Tinh bột tan - Glucose monohydrate - Dung dịch acid 2-hydroxy-3,5-dinitribenzoic (DNS) - H2SO4 đậm đặc - NaOH 40% - Hỗn hợp CuSO4 : K2SO4 theo tỉ lệ 1:3 36
Đồ án tốt nghiệp - H2SO4 0,1N - Chỉ thị phenolphthalein - NaOH 0,1N 2.3. Nội dung thí nghiệm 2.3.1. Quy trình thí nghiệm Các thí nghiệm sẽ được tiến hành theo sơ đồ quy trình sản xuất gạo mầm dự kiến 37
Đồ án tốt nghiệp Lúa nương đỏ Gạo lứt Làm sạch Khảo sát thời gian Ngâm ngâm Ủ Khảo sát điều kiện ủ Khảo sát điều kiện ủ Khảo sát điều kiện ủ sáng 100% tối 100% tối 50%, sáng 50% Làm sạch Làm sạch Làm sạch Sấy Sấy Sấy Sản phẩm Sản phẩm Sản phẩm - Xác định tỷ lệ nảy mầm. - Xác định tỷ lệ nảy mầm. - Xác định tỷ lệ nảy mầm. - Xác định độ dài mầm. - Xác định độ dài mầm. - Xác định độ dài mầm. - Xác định hoạt tính - Xác định hoạt tính - Xác định hoạt tính enzyme amylase. enzyme amylase. enzyme amylase. - Xác định hàm lượng - Xác định hàm lượng - Xác định hàm lượng đường kh ử. đường khử. đường khử. - Xác định hàm lượng - Xác định hàm lượng - Xác định hàm lượng protein. protein. protein. - Xác định hàm lượng - Xác định hàm lượng - Xác định hàm lượng GABA. GABA. GABA. Hình 2.1. Sơ đồ sản xuất gạo mầm dự kiến 38
Đồ án tốt nghiệp  Thuyết minh sơ đồ Lúa nương đỏ được thu mua ở vùng cao Tây Nguyên. Sau đó được bóc vỏ trấu để thu gạo lứt nương đỏ và bảo quản ở nơi thoáng mát để chuẩn bị cho quá trình thí nghiệm. Các công đoạn trong sơ đồ nghiên cứu gạo mầm từ gạo lứt nương đỏ được tiến hành như sau: a. Làm sạch Mục đích: loại bỏ tạp chất, bụi bẩn và những bột cám vụn. Gạo lứt được rửa sạch bằng nước sạch 3 lần, sau đó tiếp tục rửa bằng nước muối loãng (±0,9%) để khử trùng, hạn chế sự phát triển các vi sinh vật. Cuối cùng, rửa lại với nước đun sôi để nguội. b. Ngâm Mục đích: để gạo hút nước đạt trạng thái bão hòa Ta chia gạo thành mẫu nhỏ (50g) đem đi ngâm để thuận tiện cho việc ủ và khảo sát các giá trị theo từng khoảng thời gian. Sau thời gian ngâm, gạo đạt đến trạng thái bão hòa thì ta sẽ đổ ra rổ để ráo nước và bắt đầu tiến hành ủ theo 3 điều kiện, mỗi điều kiện gồm 9 mẫu nhỏ (50g) theo từng giờ ủ khác nhau: 0, 18, 24, 30, 32, 34, 36, 38, 40 giờ. c. Ủ Điều kiện sáng 100%: sau khi đã chuẩn bị 9 mẫu vừa ngâm xong, ta bỏ vào những chiếc rổ nhỏ và dùng vải mùng đã thấm nước đậy lên phía trên để gạo không bị khô trên bề mặt làm hạn chế các hạt nảy mầm. Sau khi đã chuẩn bị xong, ta ủ gạo trong phòng lạnh ở nhiệt độ 25oC để đảm bảo nhiệt độ ổn định xuyên suốt quá trình nảy mầm. Và để gạo ở nơi có thể tiếp xúc với ánh sáng mặt trời nhất (từ 6h sáng đến 18h tối), còn ban đêm thì ta sẽ thắp đèn (đèn neon) để đảm bảo ánh sáng trong suốt thời gian ủ (từ 18h tối đến 6h sáng). Điều kiện tối 100%: tương tự như ủ ở điều kiện sáng 100%. Ta ủ trong rổ và dùng vải mùng đã thấm nước đặt lên phía trên. Nhưng ta sẽ ủ trong 39
Đồ án tốt nghiệp phòng kín, phòng chỉ có một cửa ra vào và không có cửa sổ, không có ánh sáng chiếu vào để đảm bảo tối ưu điều kiện ủ. Điều kiện tối 50%, sáng 50%: ta thực hiện tương tự như hai điều kiện trên. Ta cũng đem gạo đi ủ trong phòng lạnh và để trong phòng không có ánh sáng, nhưng ủ ở điều kiện này chỉ trong khoảng thời gian đầu (khoảng 18 giờ). Sau 18 giờ, ta chuyển qua ủ ở phòng luôn có ánh sáng chiếu vào. Ban ngày gạo sẽ hấp thụ ánh sáng mặt trời và ban đêm thì chúng ta thắp đèn để đảm bảo gạo luôn luôn được chiếu sáng. Sau khi gạo nảy mầm đồng đều và theo độ dài như mong muốn thì ta kết thúc quá trình nảy mầm, tiếp đó ta rửa gạo sau khi ủ qua nước đun sôi để nguội để làm sạch hạt gạo. Sau đó để ráo nước 100% và đem sấy. d. Sấy Mục đích: sấy gạo đến độ ẩm thích hợp (± 13%) để bảo quản. Quá trình sấy được thực hiện qua 2 giai đoạn: Đầu tiên, ta sấy gạo ở nhiệt độ 40oC, thời gian khoảng 4 giờ. Sau đó ta sấy ở nhiệt độ 60oC và giữ nhiệt độ sấy này đến khi độ ẩm gạo đạt độ ẩm bảo quản (W = ± 13%). Sau khi sấy, ta lấy tất cả các mẫu theo thời gian và điều kiện ủ khác nhau khảo sát hoạt độ enzyme amylase, hàm lượng protein, hàm lượng đường khử, hàm lượng GABA 2.3.2. Phương pháp bố trí thí nghiệm 2.3.2.1. Thí nghiệm 1. Khảo sát thời gian ngâm thích hợp để gạo hút nước đạt trạng thái bão hòa. a. Mục đích Xác định thời gian ngâm tối ưu để hạt đạt trạng thái bão hòa với 1 nhân tố (thời gian), 3 lần lặp lại. b. Bố trí thí nghiệm Nhân tố A: thời gian ngâm (h). A1 = 0h A2 = 6h A3 = 8h A4 = 10h 40
Đồ án tốt nghiệp A5 = 12h A6 = 14h A7 = 16h A8 = 24h Tổng số đơn vị thí nghiệm: 8 x 3 = 24 (đvtn) c. Sơ đồ bố trí thí nghiệm Gạo lứt Làm sạch Ngâm A A1 A2 A3 A4 A5 A6 A7 A8 A6 Đánh giá thí nghiệm Hình 2.2. Sơ đồ bố trí thí nghiệm 1 d. Cách tiến hành: Ta lấy 50g gạo lứt đem đi làm sạch để loại bỏ tạp chất và hạn chế các vi sinh vật phát triển. Sau đó ta ngâm gạo với nước ở nhiệt độ phòng với tỷ lệ gạo lứt : nước là 1:2. Sau những khoảng thời gian, ta sẽ lấy 5g gạo đem đi sấy khô đến khối lượng không đổi để xác định độ ẩm theo thời gian ngâm. e. Chỉ tiêu theo dõi Xác định độ ẩm của gạo sau khi ngâm. 2.3.2.2. Thí nghiệm 2. Ảnh hưởng điều kiện ủ sáng 100% đến khả năng nảy mầm, độ dài mầm, hoạt độ enzyme amylase, hàm lượng đường khử, hàm lượng protein có trong gạo mầm (t=25oC). a. Mục đích Xác định thời gian ủ sáng 100% thích hợp để hạt có khả năng nảy mầm tốt nhất. b. Bố trí thí nghiệm 41
Đồ án tốt nghiệp Thí nghiệm được thực hiện theo 1 nhân tố, 3 lần lặp lại. Nhân tố B: thời gian ủ (h) . B1 = 0h B2 = 18h B3 = 24h . B4 = 30h B5 = 32h B6 = 34h . B7 = 36h B8 = 38h B9 = 40h Tổng số đơn vị thí nghiệm: 3 x 9 = 27 (đvtn) c. Sơ đồ thí nghiệm Gạo lứt Làm sạch Ngâm Ủ B1 B2 B3 B4 B5 B6 B7 B8 B9 Sấy Đánh giá thí nghiệm Hình 2.3. Sơ đồ bố trí thí nghiệm 2 d. Cách tiến hành Đầu tiên, ta lấy 9 mẫu gạo gồm 4 mẫu 100g và 5 mẫu 300g (để xác định tỷ lệ nảy mầm và độ dài mầm), để thuận tiện cho việc ngâm và ủ. Gạo sẽ được làm sạch để loại bỏ tạp chất. Và sau đó gạo sẽ được đem ngâm đến khi gạo đã đạt được trạng thái bão hòa. Ta sẽ để gạo ráo nước, rồi mới đem đi ủ ở điều kiện sáng 100%. Để xác đinh tỷ lệ nảy mầm và độ dài mầm, ta chỉ xác định trên khoảng thời gian (18h, 24h, 30h, 36h, 40h) vì với những khoảng thời gian này ta mới nhận thấy được mầm phát triển. Sau mỗi khoảng thời gian ta lấy 200g sẽ trải gạo ra một mặt 42
Đồ án tốt nghiệp phẳng. Tiếp đó ta dùng thước chia gạo ra làm 5 vị trí, mỗi vị trí lấy khoảng 10g, dung thước đo mili để đo chiều dài mầm và tiến hành đếm số lượng hạt nảy mầm Sau mỗi khoảng thời gian, ta đem gạo đi sấy để xác định hoạt độ enzyme amylase, hàm lượng đường khử, hàm lượng protein. e. Chỉ tiêu theo dõi Đo độ dài mầm sau mỗi khoảng thời gian. Đếm số hạt nảy mầm sau mỗi khoảng thời gian. Hàm lượng đường khử Hoạt độ enzyme amylase Hàm lượng protein 2.3.2.3. Thí nghiệm 3. Ảnh hưởng điều kiện ủ tối 100% đến khả năng nảy mầm, độ dài mầm, hoạt độ enzyme amylase, hàm lượng đường khử, hàm lượng protein có trong gạo mầm (t=25oC). a. Mục đích Xác định thời gian ủ tối 100% thích hợp để hạt có khả năng nảy mầm tốt nhất. b. Bố trí thí nghiệm Thí nghiệm được thực hiện theo 1 nhân tố, 3 lần lặp lại. Nhân tố C: thời gian ủ (h) . C1 = 0h C2 = 18h C3 = 24h . C4 = 30h C5 = 32h C6 = 34h . C7 = 36h C8 = 38h C9 = 40h Tổng số đơn vị thí nghiệm: 3 x 9 = 27 (đvtn) 43
Đồ án tốt nghiệp c. Sơ đồ thí nghiệm Gạo lứt Làm sạch Ngâm Ủ C1 C2 C3 C4 C5 C6 C7 C8 C9 Sấy Đánh giá thí nghiệm Hình 2.4. Sơ đồ bố trí thí nghiệm 3 d. Cách tiến hành Các bước thí nghiệm ta thực hiện như thí nghiệm 1 nhưng ta ủ gạo ở điều kiện tối 100%. Tiếp đến ta xác định tỷ lệ nảy mầm và độ dài mầm Cuối cùng đem gạo đi sấy để xác định hoạt độ enzyme amylase, hàm lượng đường khử, hàm lượng protein. e. Chỉ tiêu theo dõi Đo độ dài mầm sau mỗi khoảng thời gian. Đếm số hạt nảy mầm sau mỗi khoảng thời gian. Hàm lượng đường khử Hoạt độ enzyme amylase Hàm lượng protein 2.3.2.4. Thí nghiệm 4. Ảnh hưởng điều kiện ủ tối 50% sáng 50% đến khả năng nảy mầm, độ dài mầm, hoạt độ enzyme amylase, hàm lượng đường khử, hàm lượng protein có trong gạo mầm (t=25oC). 44
Đồ án tốt nghiệp a. Mục đích Xác định thời gian ủ tối 50% sáng 50% thích hợp để hạt có khả năng nảy mầm tốt nhất. b. Bố trí thí nghiệm Thí nghiệm được thực hiện theo 1 nhân tố, 3 lần lặp lại. Nhân tố D: thời gian ủ . D1 = 0h D2 = 18h D3 = 24h . D4 = 30h D5 = 32h D6 = 34h . D7 = 36h D8 = 38h D9 = 40h Tổng số đơn vị thí nghiệm: 3 x 9 = 27 (đvtn) c. Sơ đồ thí nghiệm Gạo lứt Làm sạch Ngâm Ủ D1 D2 D3 D4 D5 D6 D7 D8 D9 Sấy Đánh giá thí nghiệm Hình 2.5. Sơ đồ bố trí thí nghiệm 4 d. Cách tiến hành Các bước thí nghiệm ta thực hiện như hai thí nghiệm trên nhưng ta ủ gạo ở điều kiện tối 50%, sáng 50%. Tiếp đến ta xác định tỷ lệ nảy mầm và độ dài mầm 45
Đồ án tốt nghiệp Cuối cùng đem gạo đi sấy để xác định hoạt độ enzyme amylase, hàm lượng đường khử, hàm lượng protein. e. Chỉ tiêu theo dõi Đo độ dài mầm sau mỗi khoảng thời gian. Đếm số hạt nảy mầm sau mỗi khoảng thời gian. Hàm lượng đường khử. Hoạt độ enzyme amylase. Hàm lượng protein. 2.3.2.5. Thí nghiệm 5. So sánh các điều kiện ủ để chọn điều kiện ủ tối ưu cho gạo lứt nảy mầm a. Mục đích Xác định điều kiện ủ thích hợp cho hạt nảy mầm. b. Bố trí thí nghiệm Thí nghiệm được thực hiện theo 1 nhân tố, 3 lần lặp lại. Nhân tố E: điều kiện ủ E1: sáng 100% E2: tối 100% E3: tối 50%, sáng 50% Tổng số đơn vị thí nghiệm: 3 x 3 = 9 (đvtn) 46
Đồ án tốt nghiệp c. Sơ đồ thí nghiệm Gạo lứt Làm sạch Ngâm Ủ E1 E2 E3 Sấy Đánh giá thí nghiệm Hình 2.6. Sơ đồ bố trí thí nghiệm 5 d. Cách tiến hành Sau khi tiến hành xong thí nghiệm 3, ta sẽ chọn ra thời gian thích hợp để gạo có hoạt độ amylase, hàm lượng đường khử, hàm lượng protein cao. Khi chọn được thời gian, mỗi mẫu ta sẽ lấy 150g gạo để ngâm rồi mang đi ủ. Cuối cùng, ta sẽ thu mẫu, đem đi sấy để xác định hàm lượng GABA. e. Chỉ tiêu theo dõi So sánh khả năng nảy mầm, độ dài mầm, hoạt độ enzyme amylase, hàm lượng đường khử, hàm lượng protein có trong gạo mầm (t=25oC). 47
Đồ án tốt nghiệp Chƣơng 3. KẾT QUẢ VÀ BIỆN LUẬN 3.1. Kết quả thí nghiệm 1: Khảo sát thời gian ngâm thích hợp để gạo hút nƣớc đạt trạng thái bão hòa. Để diễn ra quá trình chuyển hóa các chất dinh dưỡng trong hạt thóc, chuẩn bị cho sự nảy mầm thì hạt thóc phải hút nước để tạo độ ẩm cho hạt thóc. Trong thời gian ngâm trong nước, hạt thóc sẽ hút nước đến một thời gian nhất định thì lượng nước được ngấm đồng đều vào toàn bộ hạt thóc (đạt trạng thái bão hòa). Gạo lứt có độ ẩm từ 11,3 – 14% Ngâm gạo lứt để tạo điều kiện cho độ ẩm của gạo đạt trạng thái bão hòa và chỉ với độ ẩm như vậy mới đảm bảo quá trình nảy mầm được tiến hành một cách bình thường và thuận lợi nhất. Bảng 3.1. Ảnh hưởng của thời gian ngâm đến độ ẩm của gạo lứt Thời gian ngâm (h) Độ ẩm (%) 0 11,35a ± 0,12 de 6 30,24 ± 0,04 8 30,47ef ± 0,06 10 30,61f ± 0,02 12 29,94c ± 0,08 14 29,41b ± 0,21 16 29,97cd ± 0,24 de 24 30,23 ± 0,31 Ghi chú: các chữ cái khác nhau trên cùng một cột biểu thị sự khác biệt có ý nghĩa thống kê ở mức ý nghĩa 5% 48
Đồ án tốt nghiệp 35 30 25 20 15 Độẩm (%) Độ ẩm 10 5 0 0 6 8 10 12 14 16 24 Thời gian (h) Hình 3.1. Biều đồ biểu thị độ ẩm của gạo theo thời gian ngâm Theo kết quả ở bảng trên, cho ta thấy từ 0 giờ đến 6 giờ thì độ ẩm tăng nhanh (11,35 – 30,24%) do lúc này chênh lệch giữa độ ẩm trong hạt và bên ngoài hạt cao nên độ ẩm được chuyển nhanh vào trong hạt. Và sau 6 giờ thì độ ẩm của gạo cũng tăng nhưng rất chậm. Do trong gạo lứt có sẵn một lượng nước liên kết. Khi ngâm hạt, nước thấm qua các lớp vỏ quả, vỏ hạt, lớp aleuron để phân tán vào nội nhũ. Lớp aleuron có cấu tạo từ những hợp chất keo có tính hút nước kém và khó trương nở cho nên nước rất khó vượt qua lớp này. Sau khi nước thấm qua lớp aleuron nước có sự phân tán vào nội nhũ dễ hơn. Các tế bào nội nhũ là những hợp chất keo tụ, tồn tại dưới dạng sợi hay còn gọi là dạng gel. Những hợp chất này có khả năng hút một lượng nước rất lớn và dễ dàng trương nở. Do sự hút nước của tế bào mà áp suất thẩm thấu dần dần bị giảm. Đến một lúc nào đó áp suất thẩm thấu ở ngoài thành tế bào cân bằng với áp suất ở bên trong thành tế bào thì quá trình hút nước ngừng lại, lượng nước ở trong tế bào đã được bão hòa. Và theo kết quả thì khoảng sau 10 giờ thì gao không có tăng nữa mà có xu hướng giảm dần vì hạt gạo đã đạt trạng thái bão hòa.Vì thế, 10 giờ là thời gian hạt đạt trạng thái bão hòa và đây là thời gian tốt nhất để ngâm gạo chuẩn bị cho quá trình ủ. Và nếu ngâm gạo càng lâu thì gạo sẽ dần bị thoái hóa, có hiện tượng sủi bọt khí, lên men tạo điều kiện cho các vi sinh vật dẫn đến làm mất chất dinh dưỡng trong hạt gạo. 49
Đồ án tốt nghiệp Như vậy ta ngâm ở khoảng thời gian là 10 giờ để gạo đạt trạng thái bão hòa và đây cũng là thời gian tốt nhất được chọn cho thí nghiệm tiếp theo vì nếu ngâm hạt lâu trong nước sẽ làm mất nhiều các chất dinh dưỡng tan trong nước. 3.2. Kết quả thí nghiệm 2: Ảnh hƣởng điều kiện ủ sáng 100% đến khả năng nảy mầm, độ dài mầm, hoạt độ enzyme amylase, hàm lƣợng đƣờng khử, hàm lƣợng protein có trong gạo mầm (t=25oC). 3.1.1. Tỷ lệ nảy mầm và độ dài mầm Sau khi gạo đã được ngâm đạt trạng thái bão hòa, ta sẽ ủ gạo với điều kiện sáng 100% suốt thời gian nảy mầm và xác định các thông số như tỷ lệ nảy mầm và độ dài mầm theo từng khoảng thời gian. Các kết quả tỷ lệ nảy mầm theo điều kiện sáng 100% được thể hiện ở bảng sau: Bảng 3.2. Tỷ lệ nảy mầm và độ dài mầm trong điều kiện ủ sáng 100% Thời gian ủ sáng Tỷ lệ nảy mầm (%) Độ dài mầm (mm) 100% (h) 18 72,69a ± 2,62 0,6a ± 0,2 24 83,69b ± 1,91 0,85a ± 0,24 30 87,88c ± 0,58 1,85b ± 0,58 36 91,15d ± 0,96 3,6c ± 0,4 40 92,96 ± 0,44 4,55d ± 0,37 Ghi chú: các chữ cái khác nhau trên cùng một cột biểu thị sự khác biệt ý nghĩa có thống kê ở mức ý nghĩa 5%. 50
Đồ án tốt nghiệp Hình 3.2. Độ dài mầm theo thời gian ủ ở điều kiện sáng 100% Dựa vào bảng 3.2, ta thấy tỷ lệ nảy mầm tăng dần theo thời gian ủ. Từ 18 giờ đến 36 giờ thì tỷ lệ nảy mầm tăng nhanh (72,69 – 91,15%). Nhưng từ 30 giờ trở đi thì tỷ lệ nảy mầm không thay đổi. Vì lúc này điều kiện ủ không còn ảnh hưởng nhiều đến hạt và môi trường cũng khô hơn so với ban đầu. Nếu ta có thể kéo dài thời gian ủ thì tỷ lệ nảy mầm lên đến 100%. Nhưng sau 36 giờ ta thấy gạo có màu sậm hơn và các vi sinh vật phát triển mạnh. Theo như hình 3.1, ta thấy rằng sau khi ủ được 18 giờ thì hạt gạo mới bắt đầu nhú phần sợi mầm ra. Và thời gian ủ càng lâu thì độ dài mầm càng kéo dài và càng nhỏ hơn. Sau 30 giờ đã xuất hiện rễ mầm và càng về sau thì rễ mầm càng dài theo độ dài mầm. Ở thời gian 36 giờ, độ dài mầm và rễ mầm vừa đủ để khi sấy không bị gãy rụng, không làm mất cảm quan và chất lượng của hạt gạo. 3.1.2. Hoạt độ enzyme amylase Enzyme amylase là một thành phần quan trọng trong hạt nảy mầm, nó có nhiệm vụ thủy phân tinh bột có trong hạt thành đường, cung cấp dinh dưỡng cho phôi để giúp cho hạt nảy mầm. Vì thế khi ủ gạo ở điều kiện sáng 100%, cần xác định hoạt độ enzyme amylase có trong gạo mầm để đánh giá chất lượng gạo cũng như ta sẽ chọn được thời gian ủ gạo mà hoạt độ amylase cao nhất. 51
Đồ án tốt nghiệp Bảng 3.3. Ảnh hưởng điều kiện ủ sáng 100% đến hoạt độ enzyme amylase. Thời gian ủ Hoạt dộ enzyme amylase sáng 100% (h) (U/g) 0 26,43a ± 0,78 18 28,41b ± 0,34 24 29,92c ± 0,42 30 29,40c ± 0,50 32 31,19de ± 0,17 34 31,86f ± 0,14 36 32,1f ± 0,06 38 31,82ef ± 0,18 40 30,99d ± 0,18 Ghi chú: các chữ cái khác nhau trên cùng một cột biểu thị sự khác biệt ý nghĩa có thống kê ở mức ý nghĩa 5%. 35 30 25 20 15 10 Hoạt độ enzyme Hoạt Hoạt độ enzyme(U/g) 5 0 0 18 24 30 32 34 36 38 40 Thời gian (h) Hình 3.3. Biểu đồ biểu thị hoạt độ enzyme khi ủ ở điều kiện sáng 100% Từ kết quả bảng 3.4 và hình 3.2, ta thấy hoạt độ enzyme tăng dần theo thời gian ủ. Từ thời điểm 0 giờ, thì hoạt độ enzyme amylase của gạo chỉ mới 26,43 U/g. Nhưng khi ủ 34 giờ, hoạt độ enzyme amylase đã tăng đến 31,86 U/g. Từ 34 – 38 giờ hoạt độ enzyme amylase tăng nhưng chậm và hầu như là không khác biệt . Khi ủ đến 40 giờ, hoạt độ enzyme amylase đã bắt đầu giảm xuống. Lúc này, ta thấy hạt 52
Đồ án tốt nghiệp gạo có vẻ khô, có mùi hơi khó chịu và nhớt vì vi sinh vật phát triển và bắt đầu có hiện tượng lên men. Vì vậy hoạt độ enzyme amylase ở khoảng 34 – 38 giờ là hoạt động mạnh nhất nên ta có thể ủ gạo trong khoảng thời gian này là thích hợp. 3.1.3. Hàm lượng glucose Trong quá trình nảy mầm, tinh bột sẽ thủy phân thành đường cung cấp chất dinh dưỡng cho sự sống của mầm phôi. Theo thời gian ủ, hoạt độ enzyme amylase tăng do đó hàm lượng glucose tăng. Bảng 3.4. Kết quả hàm lượng glucose trong điều kiện ủ sáng 100% Hàm lƣợng glucose Thời gian (h) (%) 0 0,45a ± 0,09 18 0,80b ± 0,16 24 0,92bc ± 0,17 30 0,93bc ± 0,15 32 1,02bc ± 0,20 34 0,99bc ± 0,17 36 1,10c ± 0,17 38 0,99bc ± 0,11 40 0,86bc ± 0,14 Ghi chú: các chữ cái khác nhau trên cùng một cột biểu thị sự khác biệt ý nghĩa có thống kê ở mức ý nghĩa 5%. 53
Đồ án tốt nghiệp 1,2 1,0 0,8 0,6 0,4 Hàm lượng 0,2 glucose Hàm lượng glucose (%) 0,0 0 18 24 30 32 34 36 38 40 Thời gian (h) Hình 3.4. Biểu đồ biểu thị hàm lượng glucose khi ủ ở điều kiện sáng 100% Như ta đã khảo sát hoạt độ enzyme amylase ở trên, hoạt độ enzyme amylase tăng dần theo thời gian. Như vậy, đường khử cũng phải tăng lên. Như bảng 3.4 và hình 3.3 ta nhận thấy, đường khử tăng dần theo thời gian. Từ lúc ban đầu là 0 giờ thì hàm lượng glucose là 0,45%, khi ủ đến 36 giờ đã tăng đến 1,1%. Từ 24 – 36 giờ, tuy hàm lượng glucose tăng nhưng hàm lượng glucose ở các khoảng thời gian là không khác biệt. Sau 36 giờ, thì hàm lượng glucosegiảm dần vì càng về sau thì gạo cần năng lượng hô hấp nên gạo sẽ tiêu tốn một lượng glucose 3.1.4. Xác định hàm lượng protein Hàm lượng protein thô cũng là một phần quan trọng có trong gạo. Khảo sát hàm lượng protein để cho ta hiểu thêm về chất lượng của gạo trong thời gian ủ. Sau khi đã khảo sát hoạt độ enzyme amylase thì ta chọn ra khoảng thời gian mà enzyme hoạt động mạnh (32h -38h ) để xác định hàm lượng protein. Kết quả hàm lượng protein được thể hiện trong bảng sau: 54
Đồ án tốt nghiệp Bảng 3.5. Kết quả hàm lượng protein khi ủ ở điều kiện sáng 100% Thời gian (h) Protein (%) 32 5,89a ± 1,96 34 8,11ab ± 0,45 36 8,23ab ± 0,14 38 9,55c ± 0,45 Ghi chú: các chữ cái khác nhau trên cùng một cột biểu thị sự khác biệt ý nghĩa có thống kê ở mức ý nghĩa 5%. 12 10 8 6 4 Protein(%) Hàm lượng 2 protein 0 32 34 36 38 Thời gian (h) Hình 3.5. Biểu đồ biểu thị hàm lượng protein Theo hình 3.4, hàm lượng protein tăng dần theo thời gian ủ. Và ủ càng lâu thì hầu như hàm lượng protein càng tăng. Nhưng ủ lâu quá sẽ ảnh hưởng đến hoạt độ enzyme cũng như chất lượng hạt gạo. Vì thế ta cũng chọn mức 34 – 36 giờ, lúc này làm lượng protein gần như đồng đều nhau và cũng đảm bảo được các tiêu chí chất lượng khác. Nhận xét: Theo kết quả tỷ lệ nảy mầm, độ dài mầm, hoạt độ enzyme amylase, hàm lượng lượng glucose và hàm lượng protein ở điều kiện ủ sáng 100%. Ta chọn thời gian ủ tối ưu nhất là 34 giờ. Vì trong thời gian nảy, khả năng nảy mầm và độ dài mầm thích hợp, đảm bảo tính cảm quan cũng như chất dinh dưỡng của hạt. Hoạt độ enzyme hoạt động của 34 và 36 giờ là như nhau, lượng đường khử cũng như lượng protein cũng tăng. Nên ta chọn khoảng thời gian thấp hơn vì thời gian vừa đủ để hạn chế sự phát triển của vi sinh vật. 55
Đồ án tốt nghiệp 3.3. Kết quả thí nghiệm 3: Ảnh hƣởng điều kiện ủ tối 100% đến khả năng nảy mầm, độ dài mầm, hoạt độ enzyme amylase, hàm lƣợng đƣờng khử, hàm lƣợng protein có trong gạo mầm (t=25oC). 3.3.1. Tỷ lệ nảy mầm và độ dài mầm Tỷ lệ nảy mầm và độ dài mầm sẽ thể hiện cho ta biết ảnh hưởng của điều kiện ủ cũng như thời gian ủ. Hạt nảy mầm càng cao và nhanh thì điều kiện môi trường ủ cung cấp đủ chất dinh dưỡng cho hạt. Bảng 3.6. Tỷ lệ nảy mầm và độ dài mầm trong điều kiện ủ tối 100% Thời gian ủ Tỷ lệ (%) Độ dài mầm (mm) tối 100% (h) 18 75,69a ± 1,19 0,65 ± 0,24 24 85,38b ± 1,51 0,9 ± 0,21 30 89,21c ± 0,78 1,8 ± 0,5 36 93,29d ± 2,94 2,7 ± 0,5 40 96,29e ± 0,63 3,85 ± 0,41 Ghi chú: các chữ cái khác nhau trên cùng một cột biểu thị sự khác biệt ý nghĩa có thống kê ở mức ý nghĩa 5%. So với điều kiện sáng 100% thì ở điều kiện tối này thì tỷ lệ nảy mầm lúc 18 giờ thấp hơn. Nhưng khi ủ hơn 30 giờ thì tỷ lệ nảy mầm đã tăng cao (75,69 – 93,29%). Đến 40 giờ, tỷ lệ hạt nảy mầm lên đến 96,293%. Nhưng ta vẫ chọn ủ đến 36 giờ, vì tỷ lệ này vẫn đảm bảo tỷ lệ nảy mầm đồng đều của hạt và hạt phát triển tốt. 56
Đồ án tốt nghiệp Hình 3.6. Độ dài mầm khi ủ ở điều kiện tối 100% Qua hình 3.5 ta thấy, sau 18 giờ hạt bắt đầu nảy mầm nhưng còn ít, còn có những hạt chưa nhú mầm. Sau những khoảng thời gian thì hạt mầm càng dài hơn. Khi đến 36 giờ, thì lúc này ta đã thấy rõ rễ mầm. Với độ dài của rễ mầm này là thích hợp để khi sấy không bị gãy ảnh hưởng đến tính chất cảm quan của gạo. Tuy nhiên so với điều kiện ủ sáng 100% thì nhìn chung độ dài mầm lúc 36 giờ thấp hơn, có thể là do điều kiện ánh sáng. Vì ở điều kiện sáng 100%, sợi mầm tiếp xúc trực tiếp với ánh sáng và quá trình hô hấp mạnh nên sợi mầm dài hơn. 3.3.2. Hoạt độ enzyme amylase Trong suốt thời gian ủ thì có nhiều quá trình xảy ra, lúc này enzyme amylase hoạt động mạnh dần để thủy phân tinh bột. Kết quả hoạt độ enzyme amylase được thể hiện trong bảng sau: 57
Đồ án tốt nghiệp Bảng 3.7. Kết quả hoạt động amylase ủ trong điều kiện tối 100% Thời gian ủ Hoạt dộ enzyme amylase tối 100% (h) (U/g) 0 24,92a ± 0,78 18 27,94b ± 0,34 24 28,01b ± 0,42 30 30,25c ± 0,50 32 30,92cd ± 0,17 34 31,54de ± 0,14 36 32,30e ± 0,06 38 32,28e ± 0,18 40 31,29cde ± 0,18 Ghi chú: các chữ cái khác nhau trên cùng một cột biểu thị sự khác biệt ý nghĩa có thống kê ở mức ý nghĩa 5%. 35 30 25 20 15 10 Hoạt độ enzyme Hoạt độ enzyme(U/g) 5 0 0 18 24 30 32 34 36 38 40 Thời gian (h) Hình 3.7. Biểu đồ biểu thị hoạt độ enzyme khi ủ ở điều kiện tối 100% Như ta thấy, hoạt độ amylase cũng đang tăng dần theo thời gian ủ. Sau 18 giờ, phôi cũng thích ứng với điều kiện ủ và kích hoạt enzyme ở gần phôi nhất, nên lúc này enzyme chưa hoạt hóa 100%. Nên thời gian ủ càng lâu, enzyme sẽ được hoạt hóa và hoạt độ sẽ tăng lên. Hoạt độ enzyme tăng cao nhất là ở khoảng 36 giờ (32,30 U/g). Nhưng theo xử lý số liệu thì hoạt độ enzyme amylase từ 34 -38 giờ là không có sự khác biệt. 58
Đồ án tốt nghiệp Ta thấy ủ sau 38 giờ thì hoạt độ enzyme giảm dần, là do thời gian ủ càng kéo dài thì sẽ làm giảm lượng nước trong hạt nên không đủ lượng nước như ban đầu, và một phần hạt gạo nương đỏ thiếu lớp vỏ bảo vệ nên dễ bị ảnh hưởng bởi vi sinh vật làm hư hỏng hạt nên dẫn đến làm giảm hoạt độ enzyme amylase và dễ bị mốc. 3.3.3. Hàm lượng glucose Trong quá trình nảy mầm xảy ra hoạt độ amylase mạnh lên nên thủy phân tinh bột thành đường. Do đó hàm lượng glucose tăng lên. Kết quả hàm lượng glucose khi ủ ở điều kiện tối 100% được thể hiện ở bảng sau: Bảng 3.8. Kết quả hàm lượng glucose trong điều kiện ủ tối 100% Thời gian tối Hàm lƣợng glucose 100% (h) (%) 0 0,43a ± 0,113 18 0,71b ± 0,135 24 0,84bc ± 0,225 30 0,90bcd ± 0,153 32 0,97cd ± 0,148 34 1,02cd ± 0,131 36 1,08d ± 0,107 38 0,88bcd ± 0,105 40 0,83bc ± 0,077 Ghi chú: các chữ cái khác nhau trên cùng một cột biểu thị sự khác biệt ý nghĩa có thống kê ở mức ý nghĩa 5%. 59
Đồ án tốt nghiệp 1,2 1,0 0,8 0,6 0,4 Hàm lượng glucose 0,2 Hàmlượng glucose (%) 0,0 0 18 24 30 32 34 36 38 40 Thời gian (h) Hình 3.8. Biểu đồ biểu thị hàm lượng glucose khi ủ ở điều kiện tối 100% Dựa bảng 3.8, ta thấy hàm lượng đường khử tăng dần theo thời gian ủ. Từ 0 - 30 giờ, hàm lượng glucose tăng nhanh (0,43 – 0,9%). Nhưng từ 30 – 38 giờ, hàm lượng glucose tăng nhưng rất chậm và hầu như không có sự khác biệt. Khi đến 40 giờ, hàm lượng glucose đã giảm suốt, lúc này chất lượng gạo đã bị ảnh hưởng khi ủ quá lâu. 3.3.4. Xác định hàm lượng protein Sau khi ta khảo sát về hoạt độ amylase, chọn ra những mốc thời gian có hoạt độ amylase cao để khảo sát hàm lượng protein. Để ta có thể chọn ra thời gian thích hợp để ủ gạo đạt chất lượng tốt nhất (32 – 38h). Bảng 3.9. Kết quả hàm lượng protein khi ủ ở điều kiện tối 100% Thời gian (h) Protein (%) 32 4,32a ± 0,14 34 6,02ab ± 0,99 36 7,85bc ± 1,96 38 9,03c ± 1,42 Ghi chú: các chữ cái khác nhau trên cùng một cột biểu thị sự khác biệt ý nghĩa có thống kê ở mức ý nghĩa 5%. 60
Đồ án tốt nghiệp 10 8 6 4 Protein Protein(%) 2 0 32 34 36 38 Thời gian (h) Hình 3.9. Biểu đồ biểu thị hàm lượng protein khi ủ ở điều kiện tối 100% Hàm lượng protein cũng tăng dần do sự chuyển hóa của lipid. Một phần trong quá trình nảy mầm, một số hợp chất sinh học được tổng hợp cụ thể là các acid amin. Nếu thời gian ủ càng kéo dài thì hàm lượng protein cũng sẽ tăng lên. Nhưng sẽ gây ảnh hưởng đến các yếu tố khác và giảm chất lượng hạt gạo. Kết luận Theo kết quả tỷ lệ nảy mầm, độ dài mầm, hoạt độ enzyme amylase, hàm lượng lượng glucose và hàm lượng protein ở điều kiện ủ tối 100% thì hoạt độ enzyme amylase ở 36 và 38 giờ là như nhau nên ta sẽ chọn thời gian ủ thấp hơn là 36 giờ. Vì ở 36 giờ là thời điểm khả năng nảy mầm cao, độ dài mầm thích hợp đồng thời hàm lượng glucose và protein cũng tăng cao đảm bảo chất lượng, tính cảm quan của hạt gạo. 3.4. Kết quả thí nghiệm 4: Ảnh hƣởng điều kiện ủ tối 50% sáng 50% đến khả năng nảy mầm, độ dài mầm, hoạt độ enzyme amylase, hàm lƣợng đƣờng khử, hàm lƣợng protein có trong gạo mầm (t=25oC). 3.4.1. Tỷ lệ nảy mầm Như ta cũng đã biết, thời gian ủ càng lâu thì tỷ lệ nảy mầm cũng tăng dần theo và độ dài mầm ngày càng phát triển. Sau khi ủ được 18 giờ, hạt gạo sẽ bắt đầu nhú những sợi mầm. Vì thế ta xác định tỷ lệ nảy mầm và độ dài mầm độ dài mầm từ 18 giờ, để chọn ra những hạt gạo mầm có độ dài thích hợp, có tính cảm quan cao mà vẫn đảm bảo các chất dinh dưỡng. Các kết quả tỷ lệ nảy mầm và độ dài mầm theo điều kiện tối 50% sáng 50% được thể hiện ở bảng sau: 61
Đồ án tốt nghiệp Bảng 3.10. Tỷ lệ nảy mầm và độ dài mầm trong điều kiện ủ tối 50% sáng 50% Thời gian (h) Tỷ lệ (%) Độ dài (mm) 18 69,32a ± 1, 74 0,65a ± 0,24 24 80,69b ± 1,23 1,05a ± 0,37 30 86,83c ± 0,54 2,1b ± 0,7 36 90,06d ± 1,91 3,0c ± 0,7 40 93,54e ± 0,80 4,35d ± 0,47 Ghi chú: các chữ cái khác nhau trên cùng một cột biểu thị sự khác biệt ý nghĩa có thống kê ở mức ý nghĩa 5%. Dựa vào kết quả tỷ lệ nảy mầm và độ dài mầm của hai điều kiện trên ta cũng thấy điều kiện ủ cũng ảnh hưởng đến tỷ lệ nảy mầm và độ dài mầm nhưng không đáng kể. Từ 18 - 24 giờ, tỷ lệ nảy mầm bắt đầu tăng mạnh vì lúc này gạo đã thích ứng với điều kiện ủ. Và sau 30 giờ thì tỷ lệ nảy mầm tăng rất chậm vì lúc này điều kiện ủ không ảnh hưởng nhiều đến hạt. Môi trường ủ lúc này trở nên khô hơn so với ban đầu, một phần do sự bay hơi nước. Nếu ta ủ càng lâu thì tỷ lệ nảy mầm sẽ tăng dần đến 100% nhưng lúc rễ mầm phát triển mạnh làm cho hàm lượng cellulose cao, mất chất dinh dưỡng trong gạo. Vì thế ta chọn thời gian là 36 giờ là thời gian có tỷ lệ nảy mầm thích hợp. Hình 3.10. Độ dài mầm khi ủ ở điều kiện tối 50% sáng 50% 62
Đồ án tốt nghiệp Sau 18 giờ, gạo đã bắt đầu quá trình nảy mầm. Và thời gian ủ càng lâu thì độ dài mầm càng kéo dài và càng nhỏ hơn. Theo như hình 3.9 thì sau 30 giờ đã xuất hiện rễ mầm và càng về sau thì rễ mầm càng dài theo độ dài mầm. Ở thời gian 36 giờ, độ dài mầm và rễ mầm vừa đủ để khi sấy không bị gãy rụng, không làm mất cảm quan và chất lượng của hạt gạo. 3.4.2. Xác định hoạt độ enzyme amylase Sau khi ủ hạt được 18 giờ thì gạo nảy mầm, khi gạo nảy mầm có nhiều quá trình xảy ra, lúc này enzyme amylase hoạt động mạnh dần. Kết quả hoạt độ của enzyme amylase được trình bày ở bảng dưới đây: Bảng 3.11. Kết quả hoạt động amylase ủ trong điều kiện tối 50% sáng 50% Hoạt dộ enzyme amylase Thời gian (h) (U/g) 0 24,39a ± 0,28 18 25,95b ± 0,29 24 27,47d ± 0,13 30 26,83c ± 0,35 32 26,75c ± 0,20 34 30,77e ± 0,17 36 31,57f ± 0,23 38 31,67f ± 0,23 40 31,11ef ± 0,78 Ghi chú: các chữ cái khác nhau trên cùng một cột biểu thị sự khác biệt ý nghĩa có thống kê ở mức ý nghĩa 5%. 63
Đồ án tốt nghiệp 35 30 25 20 15 10 Hoạt độ enzyme 5 Hoạt Hoạt độ enzyme(U/g) 0 0 18 24 30 32 34 36 38 40 Thời gian (h) Hình 3.11. Biểu đồ biểu thị hoạt độ amylase khi ủ ở điều kiện tối 50% sáng 50% Từ bảng kết quả trên, hoạt độ enzyme amylase cũng tăng dần theo thời gian. Khi hoạt độ enzyme tăng lên, cũng có nghĩa hạt gạo cũng đã thích nghi với điều kiện ủ và phát triển mầm. Nhưng biểu đồ hiển thị, hoạt độ enzyme tăng không đều, thậm chí còn bị giảm lúc 30 -32 giờ. Nhưng sau đó lại tăng dần lên đên 38 giờ. Có thể đến lúc này enzyme mới được hoạt hóa 100%.Vì enzyme đã được hoạt hóa 100%, trong điều kiện thích hợp và đầy đủ cơ chất nên hoạt độ enzyme tăng nhanh và nhìn chung hoạt độ cao nhất từ 36 - 38 giờ. Và theo kết quả thống kê thì hoạt độ amylase từ 36 – 38 giờ không có sự khác biệt. Nên ta có thể chọn khoảng thời gian này để ủ. 3.4.3. Hàm lượng glucose Khi khảo sát điều kiện ủ tối 50% sáng 50% thì hàm lượng glucose sinh ra sẽ tăng dần theo thời gian ủ. Nguyên nhân là do có sự thủy phân tinh bột bởi enzyme amylase để cung cấp dinh dưỡng cho sự phát triển của phôi. Kết quả được thể hiện ở bảng sau: Bảng 3.12. Kết quả hàm lượng đường khử trong điều kiện ủ tối 50% sáng 50% Hàm lƣợng đƣờng khử Thời gian (h) (%) 0 0,55a ± 0,108 18 0,83bc ± 0,117 64
Đồ án tốt nghiệp 24 0,67ab ± 0,167 30 0,96cd ± 0,142 32 1,02cd ± 0,170 34 1,04cd ± 0,158 36 1,12d ± 0,140 38 0,97cd ± 0,153 40 0,89bcd ± 0,133 Ghi chú: các chữ cái khác nhau trên cùng một cột biểu thị sự khác biệt ý nghĩa có thống kê ở mức ý nghĩa 5%. 1,2 1,0 0,8 0,6 0,4 Hàm lượng 0,2 glucose Hàmlượng glucose (%) 0,0 0 18 24 30 32 34 36 38 40 Thời gian (h) Hình 3.12. Biểu đồ biểu thị hàm lượng glucose khi ủ ở điều kiện tối 50% sáng 50% Ở giai đoạn đầu của quá trình ủ thì hàm lượng glucose thấp (khoảng 0,55%) nhưng đến 36 giờ ủ thì hàm lượng glucose lên đến 1,12%, tiếp tục ủ đến 36 giờ thì hàm lượng glucose giảm. Nhưng theo xử lý số liệu thì hàm lượng glucose từ 30 giờ trở đi không có sự khác biệt. Vì lúc 0 – 30 giờ, hoạt độ amylase hoạt động mạnh và thủy phân tinh bột thành đường, cung cấp dinh dưỡng cho mầm phôi phát triển. 3.4.4. Hàm lượng protein Sau khi xác định hoạt độ enzyme amylase, ở khoảng thời gian 36 – 38 giờ thì hoạt độ enzyme amylase cao nhất. Nên ta chọn khoảng thời gian 32 - 38 giờ để xác định hàm lượng protein. 65
Đồ án tốt nghiệp Bảng 3.13. Kết quả hàm lượng protein khi ủ ở điều kiện tối 50% sáng 50% Thời gian Protein (%) 32h 5,50a ± 0,15 34h 7,46ab ± 0,42 36h 8,11ab ± 2,02 38h 9,55c ± 0,45 Ghi chú: các chữ cái khác nhau trên cùng một cột biểu thị sự khác biệt ý nghĩa có thống kê ở mức ý nghĩa 5%. 10 8 6 4 Hàm lượng 2 protein 0 32 34 36 38 Hàmlượng (%) protein Thời gian (h) Hình 3.13. Biểu đồ biểu thị hàm lượng protein khi ủ ở điều kiện tối 50% sáng 50% Theo bảng kết quả, ta thấy hàm lượng protein tăng dần theo thời gian ủ. Do trong quá trình nảy mầm các chất lipid chuyển hóa làm cho hàm lượng protein tăng lên. Một phần trong quá trình nảy mầm, một số hợp chất sinh học được tổng hợp cụ thể là các acid amin. Theo Kayahara, 2000. “Gạo lức nảy mầm không những chỉ đem lại nhiều chất dinh dưỡng mà còn nấu rất dễ dàng và cung ứng cho chúng ta một khẩu vị hơi ngọt vì các enzyme đã tác động vào các chất đường và chất đạm trọng hạt gạo”. Kết luận Dựa vào kết quả xác định hoạt độ enzyme amylase ta thấy ở khoảng thời gian 36 - 38 giờ là cao nhất. Nên ta sẽ chọn thời gian ủ là 36 giờ vì lúc này rễ mầm ít phát triển hơn 38 giờ, hạt gạo vẫn đảm bảo chất lượng, tính chất cảm quan. Đồng thời, ở 36 giờ ta thấy hàm lượng glucose, hàm lượng protein cũng tăng cao. Do đó ở 66
Đồ án tốt nghiệp điều kiện tối 50%, sáng 50% ta sẽ ủ ở 36 giờ là thời gian tối ưu nhất để hạn chế sự phát triển của vi sinh vật và đảm bảo chất lượng của hạt gạo. 3.5. Kết quả thí nghiệm 5: So sánh các điều kiện ủ để chọn điều kiện ủ tối ƣu cho gạo lứt nảy mầm Sau khi xác định hoạt độ enzyme amylase, hàm lượng glucose và protein của 3 điều kiện ủ. Ta chọn được thời gian ủ tối ưu để gạo đạt chất lượng cao nhất ở mỗi điều kiện và so sánh giữa các điều kiện ủ với nhau. Bảng 3.14. Kết quả các thành phần của gạo mầm ở các điều kiện ủ Điều kiện ủ Chỉ tiêu phân 50% tối, 50% 100% sáng 100% tối P-value tích sáng (T = (T = 34h) (T = 36h) 36h) Hàm lượng 0,99a ± 0,17 1,08b ± 0,107 1,12c ± 0,14 0,0000 < 0,05 glucose Hàm lượng 8,11b ± 0,45 7,85a ±1,96 8,11b ± 2,02 0,0000 < 0,05 protein Hoạt độ enzyme 31,86b ± 0,14 32,30c ± 0,06 31,57a ± 0,23 0.0000 < 0,05 amylase GABA 94,9b 91,7a 101,9c 0.0000 < 0,05 Ghi chú: các chữ cái khác nhau trên cùng một hàng biểu thị sự khác biệt ý nghĩa có thống kê ở mức ý nghĩa 5% Theo bảng 3.13, ta thấy, hàm lượng glucose, hàm lượng protein và hàm lượng GABAở điều kiện tối 50% sáng 50% là cao nhất. Ánh sáng là yếu tố ảnh hưởng đến quá trình nảy mầm, ở điều kiện ủ tối 100% hàm lượng glucose, protein và hàm lượng GABA thấp hơn cho với điều kiện tối 50% sáng 50%.Trong quá trình nảy mầm, không có sự hiện diện của ánh sáng, hạt mầm hạt chế quang hợp, hạt có thể nảy mầm nhưng thiếu chất dinh dưỡng và chất lượng không cao. Còn ở điều kiện sáng 100% thì hàm lượng glucose và hàm lượng GABA thấp. Cường độ ánh 67
Đồ án tốt nghiệp sáng cao nên cường độ hô hấp của hạt cao hơn làm cho hạt sử dụng nhiều năng lượng, môi trường cho hạt nảy mầm khô hơn, cung cấp không đủ dinh dưỡng cho hạt nảy mầm. Vì vậy, ta chọn điều kiện ủ tối 50% sáng 50% là tối ưu nhất. Giai đoạn đầu (0 – 18 giờ) là thời gian mầm phôi bắt đầu hấp thu chất dinh dưỡng từ môi trường để phát triển. Sau 18 giờ thì mầm phôi cần ánh sáng mặt trời để phát triển sợi mầm tạo ra hạt gạo mầm đạt chất lượng tốt nhất. 68
Đồ án tốt nghiệp Chƣơng 4: KẾT LUẬN VÀ ĐỀ NGHỊ 4.1. Kết luận Thời gian ngâm ảnh hưởng rất nhiều đến quá trình hút nước của hạt gạo, khảo sát cho thấy thời gian ngâm để gạo đạt tốt nhất là 10 giờ thì gạo ngâm lúc này đạt trạng thái bão hòa. Ở điều kiện ủ tối 50% sáng 50%, tỷ lệ nảy mầm và độ dài mầm của hạt gạo tăng dần theo thời gian ủ, đạt cao nhất từ 36 – 40 giờ. Tuy nhiên ở 36 giờ là tốt nhất, vì lúc này tỷ lệ nảy mầm cao và hạt gạo đạt chất lượng tốt về mặt cảm quan. Hoạt độ enzyme amylase, hàm lượng glucose ở điều kiện ủ tối 50% sáng 50% cũng tăng dần theo thời gian. Tuy nhiên ta chọn lúc 36 giờ là tốt nhất vì lúc này hoạt độ enzyme cũng tăng cao. Sau 36 giờ, hoạt độ enzyme amylsase đã bắt đầu giảm xuống ảnh hưởng đến chất lượng gạo mầm. Hàm lượng protein và GABA ở điều kiện ủ tối 50% sáng 50% cao hơn hai điều kiện ủ còn lại (sáng 100% và tối 100%). Vì vậy ta chọn điều kiện ủ gạo lứt nương đỏ ở điều kiện tối 50% sáng 50% trong 36 giờ để tạo ra gạo mầm đạt chất lượng như mong muốn. 4.2. Đề nghị Để góp phần hoàn thiện hơn cho quy trình sản xuất gạo mầm đạt nhiều giá trị dinh dưỡng cao, một vài đề nghị để tiến hành cho thí nghiệm tiếp theo như sau: Khảo sát thêm pH của dung dịch ngâm trong giai đoạn ngâm gạo để gạo đạt ưu thế khi nảy mầm. Khảo sát thời gian bảo quản gạo mầm tốt nhất. Khảo sát thêm một vài mức nhiệt độ ủ khác để có thể rút ngắn thời gian nảy mầm. 69
Đồ án tốt nghiệp TÀI LIỆU THAM KHẢO Tài liệu Tiếng Việt [1] Bộ Y Tế - Viện Dinh Dưỡng (2007), Bảng Nhu Cầu Dinh Dưỡng Khuyến Nghị Cho [2] Dương Thị Phượng Liên, Hà Thanh Toàn, 2010. Công nghệ sau thu hoạch ngũ cốc. [3] Lê Ngọc Tú và cộng sự, Hóa sinh công nghiệp, Chương 9, 10, NXB KH- KT, 1997 [4] Nguyễn Đức Lượng, Cao Cường, Nguyễn Ánh Tuyết, Lê Thủy Tiên, Tạ Thu Hằng, Huỳnh Ngọc Oanh, Nguyễn Thúy Hương, Phan Thị Huyền, 2004. Công nghệ enzyme. Nxb Đại học Quốc Gia TP.HCM. [5] ThS. Huỳnh Quang Phước, TS. Ngô Đại Nghiệp, ThS. Trần Thị Ngọc Mai, KS. Nguyễn Thị Thu Hà. Thực hành phân tích thực phẩm. [6] Trần Bích Lam, Tôn Nữ Minh Nguyệt, Đinh Trần Nhật Thu. Thí nghiệm Hóa Sinh Thực Phẩm. [7] Trần Thị Thu Trà, 2007. Công nghệ bảo quản và chế biến lương thực, NXB Đại học Quốc Gia Tp. Hồ Chí Minh. [8] TS. Nguyễn Hoài Hương, 2014. Thực hành công nghệ enzyme. Tài liệu Tiếng Anh [9] Banchuen J., Paiboon T., Buncha O., Phaisan W. and Piyarat S., 2010. Increasing the bio-active compounds contents by optimizing the germination conditions of Southern Thai Brown rice. Songklanakarin Journal of Science and Technology 32 (3). 219-230. [10] Bello, M., Tolaba, M, P, and Suarez, C.,2004. Factors affecting water uptake of rice grain during soaking. Lebensm wiss Technol, 37:811 – 816. [11] Bureau of Science and Technology, 1963. Standard table of chemical composition in Japanese foods, pp 118. Board of Resources Survey: Tokyo. 70
Đồ án tốt nghiệp [12] Dinesh Babu, P., Subhasree, R.S., Bhakyaraj, R. and Vidhyalakshmi, R. 2009. Brown rice-Beyond the Color Reviving a Lost health Food – A review. American- Eurasian Journal of Agronomy. [13] Fujio, Y., 1978. Rice Lipid. The American Asociation of Cereal Chemists. Inc. Juliano, O., 1872. Rice: Chemistry and Technology. The American association of cereal chemists. Imc, St. Paul. Minnesota. USA. [14] Noriko Komatsuzaki và cộng sự, “Effect of soaking and gaseous treatment on GABA content in germinated brown rice”, tạp chí Journal of Food Engineering số 78. [15] Varanyanond W., Tungtrakul P., Surojanametakul V., Watanasiritham L. and Luxiang W., 2005. Effects of water soaking on γ-aminobutyric acid (GABA) in germ of different Thai rice varieties. Kasetsart J. (Nat. Sci.). 39: 411-415. Các website [16] [17[ [18] [19] [20] [21] [22] [23] 71