Đồ án Nghiên cứu, đề xuất quy trình chế biến sữa gạo từ gạo đen hữu cơ

127 trang thiennha21 13/04/2022 5760

Download

Bạn đang xem 20 trang mẫu của tài liệu "Đồ án Nghiên cứu, đề xuất quy trình chế biến sữa gạo từ gạo đen hữu cơ", để tải tài liệu gốc về máy bạn click vào nút DOWNLOAD ở trên

Tài liệu đính kèm:

do_an_nghien_cuu_de_xuat_quy_trinh_che_bien_sua_gao_tu_gao_d.pdf

Nội dung text: Đồ án Nghiên cứu, đề xuất quy trình chế biến sữa gạo từ gạo đen hữu cơ

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƢỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ TP. HỒ CHÍ MINH ĐỒ ÁN/ KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP ĐỀ TÀI: NGHIÊN CỨU, ĐỀ XUẤT QUY TRÌNH CHẾ BIẾN SỮA GẠO TỪ GẠO ĐEN HỮU CƠ Ngành: CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM Chuyên ngành: CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM Giảng viên hƣớng dẫn: TS. Nguyễn Lệ Hà Sinh viên thực hiện: Nguyễn Bảo Nhi MSSV: 1311110633 Lớp: 13DTP05 Tp Hồ Chí Minh, năm 2017 i
ĐATN: Nghiên cứu đề xuất quy trình chế biến sữa gạo từ gạo đen hữu cơ LỜI CAM ĐOAN Tôi cam đoan toàn bộ nội dung đồ án tốt nghiệp “ Nghiên cứu đề xuất quy trình chế biến sữa gạo từ gạo đen hữu cơ” là do tôi nghiên cứu, học tập từ bài giảng các môn học của Quý Thầy/Cô, tham khảo thêm sách, tạp chí báo khoa học, các tài liệu trong và ngoài nƣớc có liên quan đến đề tài. Không sao chép hay sử dụng bài làm của bất kì ai khác. Các số liệu đƣợc trích dẫn trong đồ án tốt nghiệp là hoàn toàn trung thực. Tôi xin chịu hoàn toàn trách nhiệm về lời cam đoan của mình trƣớc quý thầy/cô và nhà trƣờng. Thành phố Hồ Chí Minh, ngày .,tháng .,năm 2017 Sinh viên thực hiện Nguyễn Bảo Nhi i
ĐATN: Nghiên cứu đề xuất quy trình chế biến sữa gạo từ gạo đen hữu cơ LỜI CẢM ƠN Khoảng thời gian bốn năm học hỏi, nghiên cứu tại trƣờng Đại học Công nghệ TPHCM, em đã nghiệm thu đƣợc rất nhiều kiến thức sâu rộng về các môn đại cƣơng, chuyên ngành và kỹ năng sống là hành trang vững chắc cho mai sau. Em xin gửi lời cảm ơn chân thành đến Ban lãnh đạo nhà trƣờng, Quý thầy cô khoa Công nghệ Sinh học – Thực Phẩm - Môi trƣờng đã khơi nguồn động lực, tin tƣởng giao cho em đề tài đồ án tốt nghiệp “ NGHIÊN CỨU ĐỀ XUẤT QUY TRÌNH CHẾ BIẾN SỮA GẠO TỪ GẠO ĐEN HỮU CƠ”. Đặc biệt, em xin chân thành gửi lời cảm ơn cô TS.Nguyễn Lệ Hà đã tận tình hƣớng dẫn và giúp em từng ngày hoàn thiện đề tài nghiên cứu. Một lần nữa, em xin chân thành cảm ơn và kính chúc đến Quí thầy cô, gia đình và những ngƣời thân yêu luôn dồi dào sức khỏe. ii
ĐATN: Nghiên cứu đề xuất quy trình chế biến sữa gạo từ gạo đen hữu cơ MỤC LỤC DANH MỤC HÌNH vii DANH MỤC BẢNG ix MỞ ĐẦU 1 CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN 3 1.1.Tổng quan về thực phẩm chức năng 3 1.1.1. Định nghĩa 3 1.1.2. Tình hình thực phẩm chức năng trong và ngoài nƣớc 3 1.2. Xu hƣớng sử dụng thực phẩm của ngƣời tiêu dùng hiện nay 4 1.2.1. Xu hƣớng sử dụng thực phẩm tại Việt Nam 4 1.2.2. Xu hƣớng sử dụng thực phẩm tại Hoa Kỳ 6 1.3. Xu hƣớng sử dụng sản phẩm thực phẩm Gluten-free 7 1.3.1. Định nghĩa: 7 1.3.2. Nguyên nhân dẫn đến ngày càng có nhiều ngƣời ƣa chuộng sản phẩm Gluten-free 8 1.3.3. Các loại thực phẩm Gluten thƣờng đƣợc tìm thấy 8 1.3.4. Tiềm năng và sự phát triển của các loại sản phẩm Free-Gluten. 8 1.4. Hội chứng không dung nạp Lactose 8 1.4.1. Tổng quan về hội chứng không dung nạp Lactose: 8 1.4.2. Tiềm năng phát triển của dòng sản phẩm chuyên biệt dành cho ngƣời dị ứng Lactose. 9 1.5. Gạo đen hữu cơ và những lợi ích khi sử dụng 11 1.5.1. Định nghĩa: 11 1.5.2. Thành phần hóa học của gạo đen 11 1.5.3. Tổng quan về hợp chất Anthocyanin có trong gạo đen 17 1.5.4. Lợi ích mà gạo đen mang lại cho ngƣời sử dụng 26 1.6. Enzyme Amylase và quá trình thủy phân 28 1.6.1. Khái niệm: 28 1.6.2. Phân loại enzyme Amylase 28 1.6.3. Hệ enzyme Amylase 29 1.6.4. Các yếu tố ảnh hƣởng đến phản ứng của enzyme Amylase 32 1.6.5. Quá trình thủy phân 35 iii
ĐATN: Nghiên cứu đề xuất quy trình chế biến sữa gạo từ gạo đen hữu cơ 1.7. Tình hình sản xuất sữa gạo trong và ngoài nƣớc 36 1.7.1. Tình hình sản xuất sữa gạo trong và ngoài nƣớc hiện nay 36 1.7.2. Các nghiên cứu trong nƣớc về sữa gạo 36 1.7.3. Các công đoạn sản xuất sữa gạo 38 1.7.3.1. Nghiền mịn 38 1.7.3.2. Hồ hóa 39 1.7.3.3. Lọc 41 1.7.3.4.Phôi chê 41 1.7.3.5.Tiệt trùng 43_Toc489945724_Toc489945724 CHƢƠNG 2: NGUYÊN VẬT LIỆU VÀ PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 44 2.1. Nguyên liệu – hóa chất – dụng cụ: 44 2.1.1. Địa điểm: 44 2.1.2. Nguyên liệu: 44 2.1.3. Hóa chất: 45 2.2. Phƣơng pháp nghiên cứu: 46 2.2.1. Sơ đồ dự kiến chế biến sữa gạo: 46 2.2.2. Bố trí thí nghiệm: 48 2.2.2.1.Thí nghiệm 1 48 2.2.2.2.Thí nghiệm 2 50 2.3. Các phƣơng pháp phân tích dùng trong nghiên cứu: 56 2.4. Phƣơng pháp xử lý số liệu: 56 CHƢƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 57 3.1. Xác định thông số của quá trình hồ hóa bột gạo đen: 57 3.1.1 Xác định nhiệt độ cho quá trình hồ hóa bột gạo đen: 57 3.1.1.1.Hiệu xuất thủy phân của bột gạo đen khi hồ hóa ở các nhiệt độ khác nhau57 3.1.1.2. Hàm lƣợng đƣờng khử của bột gạo đen khi hồ hóa ở các nhiệt độ khác nhau 58 3.2.Xác định các thông số kỹ thuật của quá trình thủy phân bột gạo đen 60 3.2.1 Xác định nhiệt độ cho quá trình thủy phân bột gạo đen: 60 iv
ĐATN: Nghiên cứu đề xuất quy trình chế biến sữa gạo từ gạo đen hữu cơ 3.2.1.1. Hiệu suất thủy phân của dịch thủy phân bột gạo ở các nhiệt độ khác nhau trong suốt quá trình thủy phân 60 3.2.1.2. Hàm lƣợng đƣờng khử trong dịch thủy phân ở các nhiệt độ khác nhau trong suốt quá trình thủy phân 62 3.2.1.3. Hàm lƣợng anthocyanin trong dịch thủy phân ở các nhiệt độ khác nhau của công đoạn thủy phân 63 3.2.1.4. Nồng độ chất khô trong dịch thủy phân ở các nhiệt độ khác nhau của công đoạn thủy phân 64 3.2.2. Xác định nồng độ enzyme cho quá trình thủy phân bột gạo đen: 65 3.2.2.1. Hiệu suất thủy phân của dịch thủy phân ở các nồng độ enzyme khác nhau trong công đoạn thủy phân 65 3.2.2.2. Hàm lƣợng đƣờng khử trong dịch thủy phân ở các nồng độ ezyme khác nhau của công đoạn thủy phân 66 3.2.2.3. Hàm lƣợng anthocyanin trong dịch thủy phân ở các nồng độ enzyme khác nhau của công đoạn thủy phân 67 3.2.2.4. Độ Brix của dịch thủy phân ở các nồng độ enzyme khác nhau trong công đoạn thủy phân 68 3.2.3. Xác định thời gian cho quá trình thủy phân bột gạo: 69 3.2.3.1. Hiệu suất thủy phân của dịch thủy phân bột gạo ở các mức thời gian khác nhau 69 3.2.3.2. Hàm lƣợng đƣờng khử của dịch thủy phân ở các thời gian khác nhau 71 3.2.3.3. Hàm lƣợng Anthocyanin có trong dịch thủy phân ở các mốc thời gian khác nhau. 71 3.2.3.4. Độ Brix của dịch thủy phân ở các mốc thời gian khác nhau 73 3.3.Xác định công thức phối chế cho sản phẩm sữa gạo từ gạo đen hữu cơ 74 3.4. Đánh giá tổng quát về sản phẩm sữa gạo từ gạo đen hữu cơ 75 3.4.1. Đánh giá cảm quan về sản phẩm: 75 3.4.2 Đánh giá chỉ tiêu hóa lý: 81 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 83 Kết luận: 83 Kiến nghị: 84 TÀI LIỆU THAM KHẢO 85 v
ĐATN: Nghiên cứu đề xuất quy trình chế biến sữa gạo từ gạo đen hữu cơ PHỤ LỤC 87 vi
ĐATN: Nghiên cứu đề xuất quy trình chế biến sữa gạo từ gạo đen hữu cơ DANH MỤC HÌNH Hình 1.1. Một số dạng thực phẩm chức năng hiện có mặt trên thị trƣờng. Hình 1.2. Số cơ sở sản xuất- kinh doanh thực phẩm chức năng. Hình 1.3. Top 5 thành phần mà ngƣời Việt hạn chế sử dụng so với các quốc gia trong khu vực Đông Nam Á. Hình 1.4. Một số loại sản phẩm Gluten-free đƣợc bày bán trên thị trƣờng. Hình 1.5.Tỷ lệ ngƣời trƣởng thành không sử dụng đƣợc lactose trên thế giới. Hình 1.6.Một số dòng sản phẩm sữa bột không chứa lactose. Hình 1.7.Cấu trúc của một số anthocyanin tự nhiên Hình 1.8.Sự tạo phức giữa Cyanidin và DNA Hình 1.9.Phân loại enzyme Amylase Hình 1.10.Sản phẩm của amylose thủy phân dƣới tác dụng của anpha-amylase Hình 1.11.Sản phẩm của tinh bột Hình 1.12. Ảnh hƣởng của pH đến phản ứng của Enzyme Hình 1.13.Các chất hoạt hóa enzyme Hình 1.14.Sản phẩm sữa gạo lứt Koshi, nƣớc gạo Morning rice và sữa Gạo Phố Hình 1.15.Cơ chế quá trình hồ hóa Hình 1.16.Cấu tạo của Xathangum Hình 2.1. Máy đo OD và rây Hình 2.2. Cân phân tích và bể ổn định nhiệt Hình 2.3. Sơ đồ dự kiến chế biến sữa gạo Hình 3.1.Hiệu suất thủy phân của bột gạo đen khi hồ hóa ở nhiệt độ khác nhau Hình 3.2.Hàm lƣợng Glucose của bột gạo đen khi hồ hóa ở nhiệt độ khác nhau Hình 3.3.Hiệu suất thủy phân của dịch thủy phân bột gạo ở các nhiệt độ khác nhau trong quá trình thủy phân. Hình 3.4.Hàm lƣợng đƣờng khử trong dịch thủy phân ở các nhiệt độ khác nhau của công đoạn thủy phân Hình 3.5. Hàm lƣợng anthocyanin trong dịch thủy phân ở các nhiệt độ khác nhau của công đoạn thủy phân. Hình 3.6.Nồng độ chất khô trong dịch thủy phân ở các nhiệt độ khác nhau của quá trình thủy phân. vii
ĐATN: Nghiên cứu đề xuất quy trình chế biến sữa gạo từ gạo đen hữu cơ Hình 3.7.Hiệu suất thủy phân của dịch thủy phân ở các nồng độ enzyme khác nhau trong công đoạn thủy phân. Hình 3.8.Hàm lƣợng đƣờng khử trong dịch thủy phân ở các nồng độ enzyem khác nhau của công đoạn thủy phân. Hình 3.9.Hàm lƣợng anthocyanin trong dịch thủy phân ở các nồng độ enzyme khác nhau trong công đoạn thủy phân. Hình 3.10.Độ Brix của dịch thủy phân ở các nồng độ enzyme khác nhau trong công đoạn thủy phân. Hình 3.11.Hiệu suất thủy phân của dịch thủy phân ở các khoảng thời gian khác nhau trong công đoạn thủy phân. Hình 3.12. Hàm lƣợng đƣờng khử của dịch thủy phân ở các khoảng thời gian khác nhau trong công đoạn thủy phân. Hình 3.13.Hàm lƣợng anthocyanin của dịch thủy phân ở các khoảng thời gian khác nhau của công đoạn thủy phân. Hình 3.14.Độ Brix của dịch thủy phân ở các khoảng thời gian khác nhau của công đoạn thủy phân. Hình 3.15.Biểu đồ thể hiện mức độ ƣa thích của ngƣời tiêu dùng với nồng độ xanthangum khác nhau trong công đoạn phối chế Hình 3.16.Mức độ ƣa thích của ngƣời tiêu dùng đối với từng chỉ tiêu của sản phẩm Hình 3.17.Biểu đồ thể hiện tỷ lệ giá cả bán sản phẩm sữa gạo trên thị trƣờng Hình 4.1. Qui trình chế biến sữa gạo viii
ĐATN: Nghiên cứu đề xuất quy trình chế biến sữa gạo từ gạo đen hữu cơ DANH MỤC BẢNG Bảng 1.1.Số liệu thống kê về số lƣợng ngƣời bị dị ứng đƣờng Lactose Bảng 1.2.Giá trị dinh dƣỡng trong từng giống gạo Bảng 1.3. Thành phần dinh dƣỡng của gạo đen trong 100g gạo đen hữu cơ Bảng 1.4. Tỷ lệ các nhóm Protein của các bộ phận trong hạt gạo (% trong tổng số protein) Bảng 1.5.Các Anthocyanin trong một số nguồn thực vật Bảng 1.6.Một số tính chất của anpha-Amylase từ vi sinh vật Bảng 1.7.Giá sữa gạo và sữa đậu nành trên thị trƣờng thế giới Bảng 2.1.Thành phần dinh dƣỡng của gạo đen Bảng 2.2.Bảng thành phần dinh dƣỡng của sữa gạo làm từ gạo đen hữu cơ với sữa gạo từ gạo nâu trên thị trƣờng Bảng 2.3. Bảng thành phần dinh dƣỡng của sữa gạo đen. ix
ĐATN: Nghiên cứu đề xuất quy trình chế biến sữa gạo từ gạo đen hữu cơ MỞ ĐẦU  Đặt vấn đề: Sữa gạo, một danh từ nghe vừa lạ vừa quen đối với ngƣời tiêu dùng Việt. Quen là vì trong số 93 triệu ngƣời dân trên toàn Việt Nam không ai là không biết đến gạo. Gạo đƣợc xem là những gì quý giá nhất, tinh túy nhất, là quốc hồn, quốc túy của dân tộc. Thế nhƣng, lạ ở chỗ, trƣớc giờ ngƣời ta chỉ nghe sữa dê, sữa bò chả ai nghe thấy sữa gạo cả. Vậy thì ngày hôm nay một sự kết hợp giữa cái vốn đã là tinh hoa văn hóa của ngƣời Việt với cái mới lạ liệu có đem lại cho ngƣời sử dụng những thú vị đáng mong đợi. Đề tài này sẽ minh chứng cho điều đó. Dƣới đây là chỉ là một vài lí do điển hình trong vô vàn các lí do cho sự lựa chọn hiện thực hóa ý tƣởng này. Thứ nhất: “ Gạo đen hữu cơ” chỉ cần nghe thoáng qua cái tên đã kích thích sự tò mò, gạo mà có màu đen? Vậy màu đen thì khác gì với màu trắng thông thƣờng hay khác với gạo lứt có màu nâu? Xin giải thích với các bạn rằng gạo đen là vua của các loại gạo, hàm lƣợng chất dinh dƣỡng trong nó cao gấp nhiều lần so với các loại gạo thông thƣờng khác kể cả gạo lứt ( một loại gạo nổi tiếng là bổ dƣỡng hiện nay). Bên cạnh đó, hàm lƣợng anthocyanin( một hợp chất chống OXH,ngăn ngừa ung thƣ, đột quỵ, nhồi máu cơ tim) trong gạo đen rất rất cao. Thứ hai: “ Gạo đen hữu cơ” về bản chất là loại gạo có nhiều amylose trong thành phần nên rất cứng, khó chế biến. Khiến cho ngƣời sử dụng tốn nhiều công sức chuẩn bị, sơ chế. Hoàn toàn không tiện lợi cho ngƣời bận rộn, hay trẻ em, ngƣời già không thể nấu nƣớng. Từ hai lý do ở trên đã cho thấy việc tạo ra một loại sản phẩm có thể sử dụng bất cứ khi nào, bất cứ nơi đâu, cho mọi đối tƣợng, thơm ngon mà lại rất giàu dinh dƣỡng, không những cung cấp dƣỡng chất, nó còn kháng các loại bệnh xu thế hiện nay, hoàn toàn an toàn cho sức khỏe( vì bản thân nguyên liệu gạo đen đã đƣợc trồng hữu cơ không sử dụng hóa chất) là một ý kiến quá tối ƣu. Một sự lựa chọn hoàn hảo cho sức khỏe. Thế nhƣng sữa gạo không chỉ có thế, bên trong nó còn có vô vàn lợi ích thiết thực, cần thiết trong thời buổi mà nguy cơ ngộ độc thực phẩm ngày một leo thang, tình trạng thực phẩm bẩn mất kiểm soát. Những lí do tiếp theo đây sẽ cho thấy điều đó Thứ ba: Sữa gạo đen hữu cơ cũng đƣợc xem nhƣ là một dạng thực phẩm chức năng hoàn toàn từ thiên nhiên. Vậy thay vì chọn các loại thực phẩm chức năng hỗ trợ sức khỏe đã qua chế biến, nhƣ viên nén vitamin, bột protein v v thì rõ ràng lựa chọn một món quà của thiên nhiên là tuyệt nhất. Thứ tƣ: Nói đến sữa, tự dƣng ai cũng cảm nhận đƣợc nó đầy dinh dƣỡng, thơm ngon, ngƣời bệnh cũng sẽ đƣợc khuyên uống sữa để bồi bổ cơ thể, ngƣời già trẻ em đều đƣợc khuyến cáo nên uống sữa để hổ trợ tiêu hóa Tuy nhiên không phải tất cả mọi ngƣời 1
ĐATN: Nghiên cứu đề xuất quy trình chế biến sữa gạo từ gạo đen hữu cơ trên thế giới đều có thể uống sữa thoải mái. Có đến 90% dân số ĐNA và Đông á bị dị ứng với đƣờng lactose có trong sữa từ động vật. Điều đó thật bất công với họ khi không thể cung cấp đƣợc cho cơ thể những loại dinh dƣỡng hoàn hảo. Nhƣng sữa gạo có thể làm đƣợc điều đó, thành phần trong sữa gạo không hề có lactose, và các chất dinh dƣỡng khác thì cực phong phú. Vậy là bạn bạn sẽ chọn cái nào? Thứ năm: Các bạn có thích ăn bánh ngọt, bánh quy, bánh rán hay mì ống, pizza, ngũ cốc và thứ tuyệt hơn là uống bia. Chắc chắn nhiều ngƣời rất thích chúng và sử dụng chúng mỗi ngày nhƣ một phần của cuộc sống. Ấy vậy mà chúng là những loại thực phẩm chứa rất nhiều gluten, và đến thời điểm hiện tại tỷ lệ ngƣời mắc bệnh celiac và không dung nạp gluten tăng gấp 4 lần trong 50 năm qua. Vậy thì họ sẽ mất đi rất nhiều sự lựa chọn trong thực đơn hàng ngày. Đừng lo lắng, sữa gạo có thể thay thế vị trí đó và còn làm tốt hơn cả các loại thực phẩm ở trên. Đồng thời xu hƣớng sử dụng thực phẩm free-gluten để cải thiện sức khỏe đang lan rộng và sữa gạo hầu nhƣ đáp ứng đƣợc 99.99% yêu cầu của dòng thực phẩm gluten-free. Từ những lí do đơn giản nhất cho đến phức tạp hơn đều đƣa đến một mục đích: Việc “nghiên cứu đề xuất quy trình chế biến sữa gạo từ gạo đen hữu cơ” giúp tìm ra một dòng sản phẩm tiện sử dụng, an toàn, bổ dƣỡng, hỗ trợ sức khỏe, ngăn ngừa bệnh tật, là lựa chọn thay thế tối ƣu cho một bộ phận không nhỏ ngƣời bị khiếm khuyết tự nhiên. Nó còn góp phần đa dạng hóa các sản phẩm, giải quyết vấn đề trong công đoạn chế biến và sử dụng, rút ngắn thời gian, mở ra một trang mới cho ngành sản xuất, chế biến các sản phẩm từ gạo thay vì các cách chế biến truyền thống.  Mục tiêu nghiên cứu: Tham khảo các tính chất cơ bản của “gạo đen hữu cơ” để từ đó làm cơ sở nghiên cứu cho việc xây dựng, hoàn thiện quy trình chế biến sữa gạo đƣợc ngƣời tiêu dùng chấp nhận và có khả năng thƣơng mại hóa trên thị trƣờng.  Nội dung nghiên cứu: Để đạt đƣợc mục tiêu nghiên cứu đề ra ở trên là xây dựng quy trình chế biến sữa gạo từ gạo đen hữu cơ thì đề tài tập trung nghiên cứu các khía cạnh sau: Xác định thông số kỹ thuật của quá trình hồ hóa: tỉ lệ gạo nƣớc(w/w), nhiệt độ hồ hóa, thời gian hồ hóa. Xác định thông số kỹ thuật của quá trình thủy phân: nhiệt độ thủy phân, thời gian thủy phân và nồng độ enzyme. Xác định công thức phối chế của sữa gạo thành phẩm: tỉ lệ xathangum bổ sung để tạo độ nhớt Đánh giá cảm quan về các tính chất của sản phẩm: đánh giá các chỉ tiêu hóa lý, mức độ ƣa thích của ngƣời tiêu dùng 2
ĐATN: Nghiên cứu đề xuất quy trình chế biến sữa gạo từ gạo đen hữu cơ CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN 1.1.Tổng quan về thực phẩm chức năng 1.1.1. Định nghĩa Theo thông thƣ số 08-TT-BYT ngày 23-8-2004 của Bộ Y tế Việt Nam về việc “Hƣớng dẫn việc quản lý các sản phẩm Thực phẩm chức năng” đã định nghĩa: Thực phẩm chức năng là thực phẩm đƣợc dùng để hỗ trợ chức năng của các bộ phận trong cơ thể con ngƣời, đồng thời có tác dụng dinh dƣỡng và tạo cho cơ thể tình trạng thoải mái, giúp làm tăng sức đề kháng và giảm bớt nguy cơ gây bệnh. Hình 1.1. Một số dạng thực phẩm chức năng hiện có mặt trên thị trƣờng 1.1.2. Tình hình thực phẩm chức năng trong và ngoài nƣớc Theo điều tra của Hiệp hội Thực phẩm chức năng (TPCN) Việt Nam (VAFF), năm 2000 cả nƣớc mới có 13 cơ sở sản xuất, kinh doanh TPCN, thì đến năm 2005 con số này đã lên tới 143 cơ sở. Đến năm 2009, cả nƣớc đã có 1.114 cơ sở TPCN, và đến tháng 7/2014, con số này là trên 4.500 cơ sở. Nếu năm 2000, mới chỉ có 63 sản phẩm TPCN có mặt tại thị trƣờng Việt Nam thì chỉ từ 2011 - 2013, thị trƣờng đã xuất hiện khoảng 10.000 sản phẩm, trong đó khoảng 40% là hàng nhập khẩu. 3
ĐATN: Nghiên cứu đề xuất quy trình chế biến sữa gạo từ gạo đen hữu cơ Hình 1.2. Số cơ sở sản xuất – kinh doanh thực phẩm chức năng Theo số liệu thống kê có đến 70% ngƣời dân ở Mỹ thƣờng xuyên sử dụng TPCN để phòng bệnh. Theo Ngân hàng Thế giới (World Bank, 2006), thị trƣờng TPCN ở Mỹ chiếm 35%, Châu Âu 32%, Nhật Bản 25% và phần còn lại của các nƣớc trên thế giới là 8%. Thị trƣờng TPCN tại Mỹ năm 2007 là 27 tỉ USD và năm 2013 đƣợc dự đoán tăng lên 90 tỉ USD. Vì thế, việc TPCN phát triển mạnh tại VN cũng là theo quy luật chung. 1.2. Xu hƣớng sử dụng thực phẩm của ngƣời tiêu dùng hiện nay 1.2.1. Xu hƣớng sử dụng thực phẩm tại Việt Nam Ngƣời Việt Nam ngày nay đã bắt đầu để ý đến những sự lựa chọn tốt cho sức khỏe, mang lại các giá trị về mặt dinh dƣỡng, mức kinh tế đƣợc nâng cao chính vì thế xu hƣớng sử dụng thực phẩm cũng dần thay đổi theo chiều hƣớng có phần tích cực. 4
ĐATN: Nghiên cứu đề xuất quy trình chế biến sữa gạo từ gạo đen hữu cơ Hình 1.3: Top 5 thành phần mà ngƣời Việt hạn chế sử dụng so với các quốc gia trong khu vựng ĐNA Thực phẩm sạch – xu hƣớng tiêu dùng hiện đại Ngày 16/3, tại Hà Nội đã diễn ra Hội thảo Thực phẩm sạch và xu hƣớng tiêu dùng hiện đại do Hiệp hội các nhà bán lẻ Việt Nam đã tổ chức ( nguồn: Báo điện tử- 21:44 ngày 16/03/2016). Việt Nam đã có khá nhiều sản phẩm đƣợc xuất khẩu, đáp ứng yêu cầu an toàn thực phẩm khá cao của Nhật Bản, Mỹ, EU, Hàn Quốc Tuy nhiên, thị trƣờng nội địa vẫn còn nhiều vấn đề, làm cho ngƣời tiêu dùng bức xúc, lo lắng trƣớc các hiện tƣợng thực phẩm chƣa đƣợc an toàn. Các công ty bán lẻ lớn cũng đã có các bƣớc thúc đẩy tính bền vững và phát triển thƣơng hiệu của họ xung quanh các sản phẩm thực phẩm có chất lƣợng cao, an toàn và bền vững. Sản phẩm biến đổi gen (sản phẩm GM) Hiện nay, ngƣời tiêu dùng Việt Nam chƣa biết nhiều và chƣa hiểu hết về các sản phẩm biến đổi gen (GM). Họ đang dần quan tâm nhiều hơn đến vấn đề này, vì họ chƣa thể phân biệt đƣợc giữa sản phẩm biến đổi gen và sản phẩm không thuộc dòng biến đổi gen. Thông tƣ của Bộ Nông nghiệp và Phát triển nông thôn về các quy trình và thủ túc cấp và rút chứng nhận các loại thực vật biến đổi gen đƣợc phép sử dụng nhƣ thực phẩm và thức ăn gia súc cho thấy các nỗ lực của chính phủ trong việc thắt chặt việc tuân thủ các luật về dán nhãn trong lĩnh vực này. Gần đây, chính phủ đã cho phép thử nghiệm giống ngô biến đổi gen quy mô nhỏ vào năm 2014 và thực hiện trồng các loại cây biến đổi gen quy mô lớn vào năm 2015.( nguồn Global Food Forums). Sản phẩm hữu cơ Nhiều dự án trang trại hữu cơ tại Việt Nam đƣợc thực hiện trên cơ sở thử nghiệm. Hệ thống đảm bảo cùng tham gia (PGS) hữu cơ của Việt Nam đƣợc phát triển vào 5
ĐATN: Nghiên cứu đề xuất quy trình chế biến sữa gạo từ gạo đen hữu cơ năm 2006 thông qua một dự án do ADDA (một tổ chức phi chính phủ của Thụy Điển) tài trợ và Hội nông dân Việt Nam tài trợ. Thực phẩm hữu cơ và nông trang hữu cơ mới chỉ đang ở bƣớc phát triển ban đầu tại Việt Nam và hiện tại không có hệ thống kiểm soát chất lƣợng đƣợc công nhận trong khu vực. Tuy nhiên, có các dấu hiệu cho thấy thị trƣờng này đang có những tín hiệu tăng trƣởng khả quan. Các nghiên cứu đã cho thấy nếu nguồn cung tăng lên, rất nhiều ngƣời tiêu dùng Việt Nam sẵn sàng trả giá cao cho các loại sản phẩm thực phẩm hữu cơ an toàn. 1.2.2. Xu hƣớng sử dụng thực phẩm tại Hoa Kỳ Theo thống kê, tại Mỹ có khoảng 55.000 loại thực phẩm chức năng (TPCN), so với các nƣớc trên thế giới thì Mỹ là quốc gia mà TPCN đƣợc ƣa chuộng nhất. Mỗi năm ngƣời Mỹ chi ra một khoản tiền không nhỏ dành cho TPCN, khoảng 32 tỷ USD. (Nguồn: healthplus.vn) Thực phẩm chức năng “siêu dinh dƣỡng”: Trong quá trình điều tra khảo cứu, các chuyên gia ngƣời Mỹ nhận thấy, cứ 10 ngƣời Mỹ thì có đến 9 ngƣời sử dụng TPCN dạng siêu dinh dƣỡng bao gồm các dƣỡng chất lành mạnh, vitamin, khoáng chất thiết yếu, thảo dƣợc và các loại thực vật học trong số đó bao gồm cả omega 3 và dầu cá trong thực đơn ăn uống. Omega 3 là loại vi chất mà cơ thể không có khả năng tự tổng hợp, phải thu nạp từ bên ngoài qua các loại thực phẩm bổ dƣỡng, tinh dầu thực phẩm. Thực phẩm chức năng với thành phần tự nhiên: Cứ 10 ngƣời Mỹ có đến 6 ngƣời tìm kiếm những TPCN đƣợc chiết xuất với thành phần tự nhiên, không hóa chất, không chất độc hại. Đặc biệt, những thực phẩm không chứa chất tạo màu, chất bảo quản và ¼ những ngƣời này chọn thực phẩm và đồ uống có nguồn gốc từ thực phẩm hữu cơ (loại thực phẩm hoàn toàn tự nhiên, phải tuân thủ những quy tắc nghiêm ngặt trong quá trình nuôi trồng, chế biến cũng nhƣ bảo quản và tiêu thụ.) Thực phẩm chức năng cho trẻ em: Có đến gần một nửa các bà mẹ Mỹ lựa chọn thực phẩm và đồ uống chức năng. Những nhóm TPCN mà các mẹ hƣớng đến là dòng sản phẩm giàu dinh dƣỡng, giàu calo.( Nguồn: healthplus.vn) Trong quá trình điều tra các chuyên gia cũng nhận thấy có đến 44% những trẻ em độ tuổi dƣới 12 thƣờng xuyên sử dụng thực phẩm và đồ uống hữu cơ ít nhất một lần một tuần. Thực phẩm chức năng dạng dƣợc phẩm: Trên thực tế, tại Mỹ, cứ 8 trong 10 ngƣời tiêu dùng lựa chọn TPCN dạng dƣợc phẩm với mục đích ngăn ngừa nguy cơ mắc bệnh mạn tính nguy hiểm nhƣ tim mạch, cao huyết áp, loãng xƣơng, đái tháo đƣờng loại 2, giúp ngăn chặn tình trạng suy giảm trí nhớ, ung thƣ và bệnh Alzheimer ở ngƣời già. Thực phẩm chức năng thay thế: Lựa chọn TPCN lành mạnh để thay thế các bữa ăn quá giàu đạm, béo, calo là “đầu mối” gây nên các chứng bệnh nguy hiểm. Thống kê cũng cho thấy, 80% các gia đình Mỹ cắt giảm thịt trong bữa tối, trứng 6
ĐATN: Nghiên cứu đề xuất quy trình chế biến sữa gạo từ gạo đen hữu cơ đƣợc lựa chọn là thực phẩm thay thế phổ biến hơn, kèm theo đó là đậu, rau và các chế phẩm từ đậu để tránh những rắc rối cho sức khỏe. Thực phẩm chức năng giảm cân: Dòng TPCN này có khả năng thay thế bữa ăn lành mạnh bằng việc bổ sung những thành phần dinh dƣỡng đặc biệt có tác dụng giảm cân, đốt chất béo, từ đó rút ngắn “chặng đƣờng” thu nhỏ vóc dáng. Những thành phần chủ yếu của dòng sản phẩm này là ngũ cốc nguyên hạt, chất xơ và vitamin D. Thực phẩm chức năng hữu cơ: Là dòng sản phẩm chức năng phổ biến đƣợc ƣa chuộng hàng đầu ở Mỹ. Đối tƣợng khách hàng của loại TPCN này là những ngƣời ở độ tuổi 14 - 33. Với mục đích nâng cao sức khỏe, thực phẩm đƣợc chế biến với những nguyên liệu thật sự tự nhiên, hạn chế tối đa hóa chất, chất bảo quản hoặc bất cứ tác nhân nào gây mất dƣỡng chất vốn có trong sản phẩm đem lại hƣơng vị tƣơi ngon cho sản phẩm. 1.3. Xu hƣớng sử dụng sản phẩm thực phẩm Gluten-free 1.3.1. Định nghĩa: Gluten là một hỗn hợp hai protein gồm gliadin và glutenin, nhƣng bạn sẽ không tìm thấy chúng trong thịt hoặc trứng. Thay vào đó gluten xuất hiện ở mì căn (dùng thay thế thịt trong các món chay), lúa mì, lúa mạch đen và lúa mạch hoặc phụ gia thực phẩm cho các loại thức ăn chế biến sẵn nhƣ kem, nƣớc dùng, đồ hộp Gluten-free chính là chế độ ăn không có gluten có nghĩa là bạn không sử dụng các loại ngũ cốc và mì căn( nguồn: Amy Jones (8/12/ 2016)). Một thập kỷ trƣớc, không ai quan tâm hoặc thậm chí nghe nói về “Gluten”. Tuy nhiên trong vài năm trở lại đây, ngƣời ta bắt đầu chú ý nhiều hơn và ƣớc tính thị trƣờng các sản phẩm không chứa Gluten trên thế giới hiện nay đã đạt mức 2,6 tỷ USD( nguồn: Amazing Paleohacks( 2013)). Hình 1.4. Một số loại sản phẩm Gluten-free đƣợc bày bán trên thị trƣờng 7
ĐATN: Nghiên cứu đề xuất quy trình chế biến sữa gạo từ gạo đen hữu cơ 1.3.2. Nguyên nhân dẫn đến ngày càng có nhiều ngƣời ƣa chuộng sản phẩm Gluten-free Cho đến nay, các nhà khoa học vẫn không hoàn toàn hiểu hết lý do tại sao Gluten có thể kích hoạt một phản ứng tiêu cực về thể chất ở nhiều ngƣời. Điển hình nhất là bệnh Celiac, một rối loạn tự miễn nhiễm(autoimmune disorder) ảnh hƣởng đến 3 triệu ngƣời Mỹ( nguồn: Amy Jones (8/12/ 2016)). Với một ai đó bị mắc bệnh này, khi ăn thực phẩm có chứa vô cùng nhỏ lƣợng Gluten, hệ thống miễn dịch sẽ tấn công vào ruột non và ngăn ngừa sự hấp thụ các chất dinh dƣỡng quan trọng, có thể dẫn đến suy dinh dƣỡng, thậm chí đe dọa tính mạng. Một loại bệnh ít nghiêm trọng hơn là dị ứng với Gluten (hay còn gọi là bệnh không dung nạp Gluten) với các triệu chứng khác nhau ở mỗi ngƣời nhƣ tiêu chảy, táo bón, đầy hơi, nôn mửa, chóng mặt, kích ứng da, mệt mỏi, chuột rút và trầm cảm. Một lý do khiến bạn nghe nói rất nhiều về Gluten hiện nay là tỷ lệ của cả hai bệnh celiac và không dung nạp gluten liên tục leo thang. Một nghiên cứu gần đây xác định rằng tỷ lệ mắc bệnh celiac đã tăng gấp bốn lần trong 50 năm qua. Ƣớc tính có 18 triệu ngƣời Mỹ mắc phải hội chứng Gluten nhạy cảm.Một nghiên cứu xuất bản trong tạp chí khoa học Vị tràng học (Gastroenterology) so sánh 10.000 mẫu máu lấy từ 50 năm trƣớc với mẫu máu lấy từ 10.000 ngƣời hiện nay và phát hiện ra rằng đã có sự gia tăng 400% trong tỷ lệ ngƣời mắc bệnh celiac( nguồn: Amazing Paleohacks( 2013)). Một trong những lý do cho việc tăng trƣởng quá mức này đó là vì sự lạm dụng Gluten. 1.3.3. Các loại thực phẩm Gluten thƣờng đƣợc tìm thấy Bánh nƣớng (bánh ngọt, bánh quy, bánh rán, bánh nƣớng xốp, bánh quy trƣớc). Bia, Bánh mỳ, Ngũ cốc, Crackers, Phụ gia thực phẩm, Mỳ ống, pizza, Salad, Nƣớc sốt, Hỗn hợp súp( nguồn: Amazing Paleohacks( 2013)) 1.3.4. Tiềm năng và sự phát triển của các loại sản phẩm Free-Gluten. Cuộc khảo sát năm 2013 cho thấy khoảng một phần ba ngƣời Mỹ đang cố gắng tránh ăn gluten trong khẩu phần ăn của họ. Gluten-free là một trong những xu hƣớng phổ biến nhất trong y tế ( nguồn: Amy Jones (8/12/ 2016)) Và các công ty thực phẩm đã không mất nhiều thời gian để thông báo. Nhiều ngƣời đã thay đổi chiến lƣợc để đáp ứng nhu cầu. Họ đang tạo ra các phiên bản không chứa gluten mới của thực phẩm chế biến và nhấn mạnh các sản phẩm hiện có mà không có gluten. 1.4. Hội chứng không dung nạp Lactose 1.4.1. Tổng quan về hội chứng không dung nạp Lactose: Lactose là một dạng đƣờng (sugar) có trong sữa và hầu hết các sản phẩm từ sữa khác. Lactose khi vào đến ruột sẽ chia ra thành đƣờng glucose và galactose nhờ vào một enzyme có tên là Lactase (tên khoa học là Beta-D-galactosidase hay Lactase- phlorizin hydrolase), enzyme này thƣờng có tại thành của ruột non. Khi không dung nạp với Lactose (Lactose intolerance) thật ra là do cơ thể chúng ta thiếu enzyme Lactase để biến đổi Lactose thành ra hai loại đƣờng là đƣờng glucose và galactose nhƣ đã trình bày trên. 8
ĐATN: Nghiên cứu đề xuất quy trình chế biến sữa gạo từ gạo đen hữu cơ Việc không dung nạp Lacrose sẽ dẫn đến tình trạng tiêu chảy, đau bụng, sôi bụng khi uống sữa, hay tiêu sử dụng các sản phẩm có nguồn gốc từ sữa( nguồn: Trần Ngọc Thể Tú( 2014)). Bảng 1.1. Số liệu thống kê về số lượng người bị dị ứng đường lactose Nhóm ngƣời Số lƣợng ngƣời (%) Mỹ gốc Châu Á 90 Mỹ gốc Châu phi 80 Thổ dân da đỏ Châu Mỹ 62-100 Ngƣời Mỹ gốc Mêxico 53 Bắc Âu 15 Châu Âu 5-17 Số liệu 10/07/2014 Hiện nay, khoảng 75% dân số thế giới bị mắc chứng không dung nạp đƣợc Lactose (Nguồn: Các nguy cơ của việc này rất khác nhau giữa các quốc gia và điều đó đƣợc thể hiện trên bản đồ này: Hình 1.5. Tỉ lệ người trưởng thành không hấp thụ được Lactose trên thế giới 1.4.2. Tiềm năng phát triển của dòng sản phẩm chuyên biệt dành cho ngƣời dị ứng Lactose. Theo báo cáo, thị phần của thực phẩm không chứa đƣờng lactose trị giá khoảng 4.1 tỷ USD trong năm 2015. Hãng nghiên cứu thị trƣờng Euromonitor dự báo, tốc độ 9
ĐATN: Nghiên cứu đề xuất quy trình chế biến sữa gạo từ gạo đen hữu cơ phát triển của thị trƣờng này đạt 6%/năm từ nay cho tới năm 2017, do nhu cầu ngày càng lớn, vƣợt xa tốc độ tăng trƣởng chung của ngành sữa thế giới từ hai đến bốn lần. Thị trƣờng trọng điểm hiện nay là Đông Á và Đông Nam Á, nơi 90% dân số không hấp thụ đƣợc Lactose trong khi các sản phẩm không chứa lactose còn khá ít. Ví dụ ở Trung Quốc, tỉ lệ tăng trƣởng của dòng sản phẩm này có thể lên đến 10%.( nguồn: Trần Ngọc Thể Tú( 2014)). Một phần đáng kể trong 4,3 tỷ ngƣời dân khu vực châu Á-Thái Bình dƣơng bị dị ứng lactose, trong khi các sản phẩm không chứa lactose chủ yếu chỉ dành cho trẻ em mà chƣa chú trọng đến đối tƣợng ngƣời trƣởng thành, mở ra một hƣớng đi mới cho ngành Công nghiệp Thực phẩm trên toàn thế giới( nguồn: hieu-ve-chung-bat-dung-nap-lactose). Bằng chứng là chỉ một số không nhiều các siêu thị châu Á bán sữa bò không Lactose, và nếu so sánh với các sản phẩm thay thế nhƣ sữa đậu nành hoặc sữa gạo là quá khập khiễng. Tình cảnh của sữa ít lactose cũng không khá hơn là bao nhiêu, vì sự hiện diện đơn lẻ của chúng. Nhìn chung, sữa dành cho bà bầu và mẹ cho con bú vẫn chiến ƣu thế. Hình 1.6.Một số dòng sản phẩm sữa bột không chứa Lactose Chỉ tính đến gần đây, các nhà sản xuất sữa mới thâm nhập khu vực Đông Nam Á vì xu hƣớng tăng trƣởng ổn định của thị trƣờng này, dựa trên những dự báo trong tƣơng lai, rằng một lƣợng lớn khách hàng không thích hợp với lactose mong muốn có thêm sự lựa chọn bổ dƣỡng mới. Do đó, sữa không chứa lactose giống nhƣ một cái bánh ngon lành, chờ đợi thƣởng thức. 10
ĐATN: Nghiên cứu đề xuất quy trình chế biến sữa gạo từ gạo đen hữu cơ 1.5. Gạo đen hữu cơ và những lợi ích khi sử dụng 1.5.1. Định nghĩa: Gạo Đen: đƣợc gọi là Kokushimai là tên thƣơng mại của giống màu của Oryza sativa đã bán tại Nhật Bản. Asamurasaki có nguồn gốc từ gạo nếp Nhật và gạo đen Bali đã đƣợc lai tạo bởi trung tâm nghiên cứu nông nghiệp thuộc Naro Tohoku và đăng ký vào năm 1996. Ngoài ra, nhờ vào lớp vỏ quả chứa nhiều hàm lƣợng sắc tố anthocyanin tạo màu đen, hàm lƣợng này là một chất chống oxy hóa, ngƣời ta còn gọi với những cái tên khác nhau nhƣ: gạo tím, gạo vua và đƣợc đánh giá cao vì chứa nhiều chất dinh dƣỡng. Hiện nay có hơn 200 loại giống gạo đen khác nhau trên thế giới. Những nƣớc trồng gạo đen nhƣ: Trung Quốc, Indonesia, Ấn Độ, Philippines, Nhật Bản, 1.5.2. Thành phần hóa học của gạo đen Những loại gạo đen chứa 37,6% protein cao hơn, 22,4% chất béo cao hơn, và 177% sợi thô cao hơn gạo truyền thống. Các loại gạo đen còn chứa lysine, vitamin B1, sắt, kẽm, calcium và chất lân thƣờng 20-50% cao hơn loại gạo thƣờng địa phƣơng. Về tính chất di truyền, gạo đen có hai gen nổi phụ và ít nhứt 3 cặp gen kiểm soát đặc tính di truyền của màu đen của hạt gạo. Bảng 1.2. Giá trị dinh dưỡng trong từng giống gạo Vitamin, (mg/100 g) Chất khoáng (mg/100 kg) Tên giống ___ ___ B1 B2 C E Fe Ca Mg Zn P K Cu ___ ___ Gạo đen Yangxian- 0,204 4,44 0,86 48,89 210 214,3 2640 43,5 3710 3734 2,7 heimi Heizhenmi 0,326 2,54 0,30 53,44 146 142,8 2520 45,5 4213 3402 2,1 Bảng1.3. thành phần dinh dưỡng trong 100g gạo đen hữu cơ. Tên thành phần Hàm lƣợng trong 100g 11
ĐATN: Nghiên cứu đề xuất quy trình chế biến sữa gạo từ gạo đen hữu cơ Tổng lƣợng chất béo 4g Cholesterol 0mg Natri 28mg Carbohydrat 72g Chất đạm 9g Vitamin B2 0.093 mg (6%) Vitamin B1 0.401 mg (31%) Vitamin B6 0.509 mg (39%) Canxi 23 mg (2%) Kẽm 2.02 mg (20%) Magie 143 mg (39%) Phot pho 333 mg (48%) 12
ĐATN: Nghiên cứu đề xuất quy trình chế biến sữa gạo từ gạo đen hữu cơ Gạo đen có giá trị dinh dƣỡng cao và là nguồn đạm thực vật tốt: Có hàm lƣợng đạm từ 10% đến 12%, với 16 loại Acid amino, riêng lysine gấp 3-4 lần gạo thông thƣờng, arginine gấp 2 lần gạo thông thƣờng. Các dƣỡng chất khác trong Gạo đen nhƣ vitamin B1, B2, phosphor, sắt, kẽm, selenium, và các khoáng chất khác cũng cao hơn gạo thƣờng. Gạo đen có chứa nhiều chất sơ, chỉ số đƣờng huyết trung bình, đặc biệt chứa nhiều chất chống OXH Anthocyanin Gạo đen chứa đầy đủ các thành phần dinh dƣỡng thiết yếu, các hoạt chất sinh học, các Enzymes & Coenzyme, các amino acid, nhóm acid béo chƣa bão hòa(fatty acid), Omega-3 & Omega-6 và hơn 120 chất chống oxy hóa, trong đó có các chất chống oxy hóa thiết yếu nhƣ : Alpha lipoic acid, Ferulic acid, Gamma-oryzanol, IP6 (Inositol hexaphosphate), Phytosterols, tocotrienols, Anthocyanin, acid Gamma Amino Butyric (GABA), Acety steryl Glucoside (ASG) Ngoài ra các hoạt chất sinh học có trong gạo đen giàu các chất chống oxy hóa nhƣ proanthocyanidis, anthocyanidins, flavonoid, isoflavones, tocotrienols, phytosterols và phytate. Ngoài những hợp chất kể trên gạo đen vẫn có những thành phần tƣơng tự nhƣ các loại gạo thông thƣờng khác, điển hình: Glucid: Trong hạt lƣơng thực, glucid chiếm khoảng 70 – 80% phần khối lƣợng, hàm lƣợng glucid trong gạo đen khoảng 24% so với 100g gạo. Thành phần chủ yếu của glucid là tinh bột, còn lại là các chất đƣờng đơn giản (<2%), cellulose, hemicelluloses và pentosan(32%). Tất cả các glucid của hạt chỉ trừ chất xơ, đều là những chất dự trữ, ở mức độ nào đó, chúng đƣợc sử dụng khi hạt nãy mầm. Tinh bột: Tinh bột của gạo đƣợc tạo từ amylose và amylose pectin. Ngoài ra, trong hạt tinh bột có chứa khoảng 0,5 -1% lipid và một ít các hợp chất của phospho và nito. Phospho trong hạt tinh bột thƣờng dạng phospholipid còn Nito với hàm lƣợng nhỏ 0,05% và thƣờng tham gia trong thành phần các enzyme tổng hợp tinh bột. Tinh bột là polysaccharide, cấu tạo bởi phân tử amylose dây thẳng (gồm các gốc α-D-glucose liên kết với nhau nhờ liên kết 1,4-glucosid có phân tử lƣợng khoảng 100.000 – 160.000) và phân tử amylosepectin dây phân nhánh (gồm α-D-glucose liên kết với nhau nhờ liên kết 1,4-glucosid và liên kết 1,6-glucosid với phân tử lƣợng tới 400.000). Tinh bột trong phôi nhũ có thể chia thành hai vùng: Vùng cận Aleuron, vùng trung tâm. Vùng trung tâm là những hạt tinh bột đa giác, có kích thức 3-9 nm. Tinh bột tự nhiên đƣợc giữ trong hạt tinh bột. Hạt tinh bột có cấu trúc lớp, trong mỗi lớp các phần tử amylose và amylosepectin xếp xen kẽ với nhau theo hƣớng tâm. Ở bê mặt hạt tinh bột còn có một ít protein và chủ yếu là các enzyme tổng hợp tinh bột. Cellulose và Hemicellulose: 13
ĐATN: Nghiên cứu đề xuất quy trình chế biến sữa gạo từ gạo đen hữu cơ Thành phần này chủ yếu tập trung ở lớp vỏ, đặc biệt là lớp vỏ trấu, vỏ hạt và các thành tế bào. Chúng là những chất có liên quan chặc chẽ đến chỉ tiêu chất lƣợng lúa gạo, vì đây là những phần còn ngƣời không thể tiêu hóa đƣợc. Cellulose: công thức cấu tạo từ polymer của đƣờng D-glucose liên kết với nhau bằng liên kết β-1,4. Đây là một polymer có khối lƣợng phần tử rất lớn thay đổi tùy theo giống và bộ phần của cây. Trong nội nhũ, hàm lƣợng Cellulose chiếm khoảng 0,3%. Cenllulose không tiêu hóa đƣợc nhƣng nó giúp cho nhu động ruột, giúp ngăn ngừa một số bệnh trong hệ tiêu hóa. Hemicellulose: là một dạng pentosan không tan trong nƣớc, là các polysaccharid của các loại đƣờng nhƣ xylose, arabinose, mannose. Hemicellulose đƣợc cấu tạo chủ yếu bởi 2 loại đƣờng là xylose và arabinose. Phần pentosan không tan cũng có khuynh hƣớng hút nƣớc và trƣơng nở. Chất xơ hòa tan: bao gồm các pentosan tan trong nƣớc (thành phần chính cấu tạo nên thành tế bào nội nhũ), β-glucan, glucofructan. Protid: Hàm lƣợng protid trong gạo đen chứa khoảng 18% so vơi 100g gạo nhƣng lại chứa đầy đủ các acid amin cần thiết, không thay thế đƣợc. Trong gạo chứa đầy đủ 20 loại acid amin thiết yếu. Trong gạo, thì protid tập trung chủ yếu chứa trong phôi, lớp aleuron, còn trong nội nhũ, protid chỉ tồn tại ở dạng dữ trữ. Osborne phân loại protein gồm 4 nhóm chính có trong gạo dựa trên tính tan của chúng vào các dung môi khác nhau: Albumin: Nhóm protein tan trong nƣớc và dung dịch muối có nồng độ loãng. Albumin bị đông tụ dƣới tác dụng của nhiệt. Globuline: Nhóm protein không tan trong nƣớc tinh khiết nhƣng tan đƣợc trong dung dịch muối trung tính nồng độ 3 – 5%. Prolamine: Nhóm protein tan đƣợc tốt trong cồn 70%. Glutelin: Nhòm protein ta đƣợc trong acid loãng và kiềm loãng (0,2%). Ngoài protein, trong hạt gạo đen còn có các chất hữu cơ chứa nito khác nhƣ các acid amin tự do và các amin, acid nucleic tự do, một số peptid và hàng loạt các chất khác . Acid nucleic có thành phần khá phức tạp. Đó là một loại acid hữu cơ, 14
ĐATN: Nghiên cứu đề xuất quy trình chế biến sữa gạo từ gạo đen hữu cơ khi thủy phân sẽ cho các gốc purin, pirimidin, đƣờng (ribose hoặc deoxyribose) và acid phosphoric. Bảng 1.4.Tỷ lệ các nhóm Protein của các bộ phận trong hạt gạo (% trong tổng số protein) Thành phần Albumin Globuline Prolamine Glutelin Gạo lật 5 - 10 6 -10 3 - 6 70 – 80 Phôi 24 14 8 54 Cám 37 36 5 22 Gạo xát 5 9 3 83 Lipid: Trong lúa gạo, hàm lƣợng chất béo rất nhỏ và tập trung ở lớp cám, aleuron và phôi hạt. Hàm lƣợng của nó chỉ chiếm trên 2%. Lipid tồn tại ở dạng các acid béo không no bao gồm acid oleic, acid linoleic, acid palmitic (acid béo no) và một lƣợng nhõ các acid béo khác nhƣ acid stearic, acid miristic, acid linostrearic, Trong thành phần chất béo còn lƣợng nhỏ phosphor. Chính do đặc điểm trên trong quá trình bảo quản, nếu gặp điều kiện nhiệt độ cao kèm theo thủy phân của thóc gạo cao quá trình oxya hóa chất béo vẫn dễ dàng xảy ra làm biến chất và hƣ hỏng. Enzyme: Enzyme Amylase chiếm một lƣợng lớn trong hạt gạo, đặc biệt trong hạt nảy mầm. Ngoài ra còn có các enzyme protease, lipase, phytase, lipoxygenase, catalse, dehydrogenase, polyphenoloxydase. Carotenoids: Các carotenoid chính trong gạo đen Japanse là xanthophulls lutein và zeaxanthin, trong đó bao gồm hơn 94% của tổng số carotenoid với carotenes, lycopene và β carotene chiếm tỉ lệ nhỏ. mức độ beta-carotene (0,14 µg/g) thu đƣợc, bởi Frei và Becker (2005) và Kim et al.2010 với các giống lúa đen khác nhau (0026 – 0125 µg/g) nhƣng khác rõ rệt hàm lƣợng đƣợc tìm thấy trong chiết xuất cám của bốn giống lúa đen Thái (33 -41µg/g) bởi Narornriab, Sriseadka, và Wongpornchai (2008). 15
ĐATN: Nghiên cứu đề xuất quy trình chế biến sữa gạo từ gạo đen hữu cơ Những khác biệt này chỉ ra rằng carotenoid chủ yếu nằm trong cám gạo, nhƣ đề nghị Kông và Lee (2010), ngƣời làm sáng tỏ việc phân phối và định lƣợng của các hợp chất chính antioxiant (ngũ cốc nguyên hạt, cám hoặc nội nhũ) của 2 giống lúa đen. γ Oryzanol: γ Oryzanol đƣợc biết đến là có khả năng chống oxy hóa mạnh. Tổng lƣợng γ Oryzanol đƣợc tìm thấy ở trong gạo đen 279µg/g, bao gồm 4 loại khác nhau: các dẫn xuất ferulate của 24-methylenecycloartenol (32%), cyloartenol (28%), campesterol (28%) và β-sitosterol (12%). Bên cạnh đó, một nghiên cứu khác cho thấy hàm lƣợng Oryzanol ở trong vỏ cảm gạo với giống gạo đen khác có hàm lƣợng cao hơn với 3894 – 5911 µg/g (Min et al.2011) và 2483 – 4057 µg/g (Leardkamolkarn et al.2011). Qua kết quả đó, đã chứng minh cho thấy hàm lƣợng polyphenol nằm ở trong cám gạo là cao nhất (Chi et al, 2007; Kim et al,2010). Các vitamin: Thành phần vitamin chủ yếu tồn tại trong gạo là các vitamin tan trong nƣớc, còn có các vitamin tan trong chất béo thì chỉ có một lƣợng nhỏ không đáng kể. Đặc biệt là các vitamin nhóm B, B1 tập trung chủ yếu ở phôi và lớp aleuron. Cùng với B1, kế đến các vitamin khác nhƣ B2, B6, PP, B12, và vitamin H. 16
ĐATN: Nghiên cứu đề xuất quy trình chế biến sữa gạo từ gạo đen hữu cơ 1.5.3. Tổng quan về hợp chất Anthocyanin có trong gạo đen Anthocyanin là thành phần quyết định đến giá trị của gạo đen chính vì thế việc để các bạn có cái nhìn cơ bản và khái quát về hợp chất Anthocyanin với một số thông tin nhƣ sau: Định nghĩa: Các Anthocyanin hiện thuộc nhóm các chất màu tự nhiên tan trong nƣớc lớn nhất trong thế giới thực vật. Thuật ngữ anthocyanin bắt nguồn từ tiếng Hy Lạp, trong đó Anthocyanin là sự kết hợp giữa Anthos – nghĩa là hoa và Kysanesos – nghĩa là màu xanh. Tuy nhiên, không chỉ có màu xanh, anthocyanin còn mang đến cho thực vật nhiều màu sắc rƣc rỡ khác nhƣ hồng, đỏ, cam và các gam màu trung gian. Các anthocyanin khi mất hết nhóm đƣờng đƣợc gọi là anthocyanidin hay aglycon. Mỗi anthocyanidin có thể bị glycosyl hóa acylate bởi các loại đƣờng và các acid khác tại các vị trí khác nhau. Vì thế lƣợng anthocyanin lớn hơn anthocyanidin từ 15-20 lần. Cấu trúc hóa học của Anthocyanin: Anthocyaninthuộc nhóm các hợp chất flavonoid, có khả năng hòa tan trong nƣớc và chứa trong các không bào. Về bản chất, các Anthocyanin là những hợp chất glycoside của các dẫn xuất polyhydroxy và polymethoxy của 2- phenylbenzopyrylium hoặc muối flavylium. Cho đến nay, ngƣời ta đã xác định đƣợc 18 loại aglycon khác nhau, trong đó 6 loại phổ biến nhất là pelargonidin, cyanidin, delphinidin, peonidin, petunidin và maldivin. Hình 1.7. Cấu trúc của một số Anthocyanidin tư nhiên. Các Anthocyanin tương ứng luôn được glycosyl hóa ở nhóm hydroxy C-3 TínhchấtcủaAnthocyanin: 17
ĐATN: Nghiên cứu đề xuất quy trình chế biến sữa gạo từ gạo đen hữu cơ Anthocyanintinhkhiếtởdạngtinhthểhoặcvôđịnhhìnhlàhợpchấtkháphâncực nêntantốttrongdungmôiphâncực. Anthocyaninhòatantốttrongnƣớcvàtrongdịchbãohòa.Khikếthợpvớiđƣờnglàmchophânt ửanthocyaninhòatanhơn. Màusắcanthocyaninthayđổiphụthuộcvàonhiệtđộ,cácchấtmàuvànhiều yếutốkhác, KhităngsốlƣợngnhómOHtrongvòngbenzenethìmàucàngxanh đậm. MứcđộmethylhóacácnhómOHởvòngbenzenecàngcaothìmàucàngđỏ.Nếu nhómOHởvịtríthứbakếthợpvớicácgốcđƣờngthìmàusắccũngsẽthayđổitheo sốlƣợngcácgốcđƣờngđƣợcđínhvàonhiềuhayít. CácAnthocyanincũngphụthuộcrấtmạnhvàopHcủamôitrƣờng: KhipH>7cácAnthocyanincómàuxanhvàkhipH<7cácAnthocyanincómàuđỏ. ỞpH = 1cácAnthocyaninthƣờngởdạngmuốioxoniummàucamđếnđỏ. ỞpH = 4÷5chúngcóthểchuyểnvềdạngbazơCacbinolhaybazơChalconkhông màu. ỞpH = 7÷8 lạivềdạngbazơQuinoidalAnhydromàuxanh. Màusắccủaanthocyanincòncóthểthayđổidohấpthụởtrênpolysaccharide. Khiđunnónglâudàicácanthocyanincóthểpháhủyvàmấtmàu. Anthocyanincó bƣớcsónghấpthụtrongmiềnnhìnthấy,khảnănghấpthụcực đại tại bƣớcsóng510÷540nm.Độhấpthụlàyếutố liênquanmậtthiếtđếnmàusắccủacác anthocyaninchúngphụthuộcvào pHcủadungdịch,nồngđộ anthocyanin:thƣờngpH thuộcvùngacidmạnhcóđộhấpthụlớn,nồngđộ anthocyanincànglớnđộhấpthụ càngmạnh. Công dụng:Anthocyanin là chấtmàuthiênnhiênđƣợcsửdụngkhá phổ biến và antoàntrongthựcphẩm,tạoranhiều màusắc hấpdẫnchomỗisảnphẩm. Anthocyaninlàhợpchấtcónhiềuhoạttínhsinhhọcquínhƣ: Khảnăngchốngoxy hóacao nên đƣợcsử dụngđể chốnglão hóa,hoặcchốngoxy hóa cácsảnphẩmthựcphẩm,chốngviêm, chốngcáctiaphóngxạ Hạnchếsựsuygiảmsứcđề kháng,sựpháttriểncủacáctếbàoungthƣ. Sự phân bố của Anthocyanin: Anthocyanin tập trung ở những cây hạt kín và những loài ra hoa, phần lớn nằm ở hoa và quả, ngoài ra cũng có ở lá và rễ. Trong những loại thƣc vật này, anthocyanin đƣợc tìm thấy chủ yếu ở các lớp tế bào nằm bên ngoài nhƣ biểu bì. 18
ĐATN: Nghiên cứu đề xuất quy trình chế biến sữa gạo từ gạo đen hữu cơ Các hợp chất anthocyanin xuất hiện rộng rãi trong khoảng ít nhất 27 họ, 73 loài và trong vô số giống thực vật sử dụng làm thực vật (Bridle và Timberlake, 1996). Các họ thực vật nhƣ vitaceae (nho) và rosaceae (cherry, dâu tây, mâm xôi, táo, ) là các nguồn anthocyanin chủ yếu. Bên cạnh đó còn có các họ thực vật khác nhƣ ericaceae (quả việt quốc) và brassicaceae (bắp cải tím). Các loại anthocyanin phổ biến nhất là các glucoside của cyanidin, kế đến là pelargonidin, peonidin và delphinidin, sau đó petuidin và maldivin. Số lƣợng các 3–glucoside nhiều gấp 2,5 lần các 3,5–glucoside. Loại anthocyanin hay gặp nhất chính là Cyaidin-3- glucoside. 19
ĐATN: Nghiên cứu đề xuất quy trình chế biến sữa gạo từ gạo đen hữu cơ Bảng 1.5. Các Anthocyanin trong một số nguồn thực vật Tên thực vật Tên thông thƣờng Loại Anthocyanin Allium cepa Củ hành đỏ Cy-3-glucoside, 3-galactoside, 3-diglucoside và 3-laminarriobioside, Pn-3-glucoside Brassica oleraea Bắp cải tím (red Cy-3-sophoroside-5-glucoside cacyl hóa với cabbage) malonoyl, ρ-coumaroyl, di-ρ- coumarol,feruloyl, diferuloyl, sinapoyl và disinapoyl Fragaria spp Dâu tây (strawberry) Pg và Cy-3-glucoside Glycine maxima Đậu nành (vỏ) Cy và Dp-3-glucoside Raphanus sativus Củ cải đỏ (rễ) Pg và Cy-3-sophoroside-5-glucoside acyl hóa với ρ-coumaroyl, feruloyl, caffeoyl. Vitis spp Nho Cy, Pn, Dp, Pt và Mv mono và diglucoside; dạnh tự do và dạng acyl hóa Cy = cyanidin, Pg= pelagorindin, Pn= peonidin, Dp= delphinidin, Pt = petunidin, Mv= malvidin. Một số yếu tố ảnh hƣởng đến độ màu của Anthocyanin: So với đa số các chất màu thiên nhiên, anthocyanin là chất màu có độ bền kém hơn, nó chỉ thể hiện tính bền trong môi trƣờng acid. Ngoài ra, nó có thể phân hủy tạo thành dạng không màu và sản phẩm cuối cùng của sự phân hủy có dạng màu nâu cộng với những sản phẩm không tan. Sự phân hủy anthocyanin có thể xảy ra trong quá trình trích và tinh chế chúng, đồng thời sự phân hủy này còn xảy ra trong quá trình xử lý và bảo quản các sản phẩm thực phẩm. Độ bền của các anthocyanin phụ thuộc vào nhiều yếu tố nhƣ: cấu trúc hóa học của anthocyanin, pH, nhiệt độ, ion kim loại, oxy, acidascorbic, SO2, ánh sáng, enzyme, đƣờng và các sản phẩm biến tính của chúng. Khả năng ứng dụng và các nguồn nguyên liệu trong sản xuất Anthocyanin hiện nay: Chất màu Anthocyanin (E163) đã đƣợc phép sử dụng rộng rãi trong các loại thực phẩm: đồ uống (30 – 40 ppm), mứt trái cây (20 – 60 ppm), bánh kẹo (chewing gum, 20
ĐATN: Nghiên cứu đề xuất quy trình chế biến sữa gạo từ gạo đen hữu cơ kẹo cứng, kẹo mềm), yoghurt, các sản phẩm tráng miệng hay các loại bột hòa tan uống liền. Thông thƣờng, hàm lƣợng cho phép sử dụng của Anthocyanin không bị giới hạn và chủ yếu phụ thuộc vào từng quy trình sản xuất. Hiện nay,rất nhiều loại dịch trích từ các loại rau và trái có màu sắc tạo bởi các Anthocyanin đã đƣơc sử dụng để tạo màu cho thực phẩm. Tuy nhiên, các nguồn nguyên liệu đƣợc lựa chọn để sản xuất Anthocyanin thƣờng bị giới hạn bởi năng suất thu nhận và giá trị kinh tế. Một trong những nguồn thu nhận Anthocyanin có hiệu quả nhất hiện nay là các nguồn mà trong đó Anthocyanin đóng vai trò là một phụ phẩm của quá trình sản xuất các sản phẩm có giá trị cao hơn; vd nhƣ Anthocyanin từ bã nho ép, bã dâu tằm, hay từ quá trình sản xuất chất tạo ngọt tự nhiên Miraculin ở quả Miracle. Màu Anthocyanin dạng bột sấy phun hay dạng dịch lỏng cô đặc từ nho đã đƣợc đƣa ra thị trƣờng từ nhiều năm với tên thƣơng mại là Enocolor và đã đƣợc giới thiệu sử dụng trong thực phẩm và mỹ phẩm. Các nguồn thu nhận phổ biến khác nhƣ: bắp cải tím, gạo nếp than, củ cải đỏ (red radish), khoai lang tím, carrot (black carrot), quả anh đào, blackberry và elderberry. Trong đó, các nguồn nhƣ củ cải đỏ, khoai lang tím, bắp cải tím cung cấp hàm lƣợng các Anthocyanin đƣợc acyl hóa cao hơn, do đó độ bền màu của các dịch trích này cũng cao hơn. Hiện nay, xu hƣớng nghiên cứu chính đang tập trung vào việc khai thác các Anthocyanin đƣợc acyl hóa có màu sắc, độ bền nhiệt, áng sáng, pH, SO2 tốt hơn cùng với sự phát triển các kỹ thuật nuôi cấy mô, tề bào để có thể nâng cao khả năng ứng dụng của chất màu Anthocyanin trong thực phẩm. Vai trò của các hợp chất Anthocyanin: Ngoài những vai trò sinh lý đối với thực vật, các hợp chất Anthocyanin còn đƣợc chứng minh là mang lại nhiều ích lợi về sức khỏe cho con ngƣời. Các hợp chất Anthocyanin đƣợc hấp thu vào trong dạ dày ở dạng phân tử (Passamonti, Vrhovsek và Mattivi, 2002). Ngoài ra, phân tử Anthocyanin cũng không bị biến đổi dƣới tác dụng của hệ vi khuẩn trong ruột non. Vì thế, phân tử Anthocyanin cũng không thay đổi trong huyết tƣơng và nƣớc tiểu. Các nghiên cứu gần đây cho thấy các Anthocyanin chỉ đƣợc hấp thu ở mức độ rất thấp, chỉ khoảng 0,016% đến 0,11% lƣợng tiêu thụ ở ngƣời. 21
ĐATN: Nghiên cứu đề xuất quy trình chế biến sữa gạo từ gạo đen hữu cơ Một số hoạt tính sinh học của cyanidin-3-glucoside: Bảo vệ hồng cầu khỏi các tác động của sự oxy hóa. Giảm sự phân tách DNA. Ức chế độc tính của các đại thực bào bằng cách giảm hàm lƣợng NO. Ngăn chặn tác hại của tia UV trong liposome. Kháng viêm. Chống các bệnh tim mạch. Ức chế sự tác động và phát triển của các tế bào ung thƣ. Một số cơ chế chống oxy hóa của Anthocyanin: Sự thiếu electron tự nhiên của các phân tử Anthocyanin giúp cho các hợp chất này đặc biệt hoạt động. Một số cơ chế chống oxy hóa của Anthocyanin có đƣợc từ các nghiên cứu nhƣ: Ngăn chặn các gốc hoạt động bằng cách cho hydro. Liên kết với các protein, tạo phức chất bền. Phản ứng thế vào 2 nhóm hydroxy nằm ở vị trí ortho trong vòng B của Anthocyanin và cyanidin đóng vai trò quan trọng giúp ổn định các gốc tự do. Tsuda và cộng sự đã tìm cách giải thích cơ chế chống oxy hóa của Cyanidin-3- glucoside (C3G) bằng cách cho phản ứng với gốc alkylperoxyl. Dựa trên sản phẩm của phản ứng, các tác giả cho rằng C3G chống oxy hóa theo cơ chế khác với alpha-tocopherol và giả thuyết rằng C3G phá vỡ cấu trúc và quét các gốc tƣ do. Các hợp chất flavanoid nói chung trong đó có Anthocyanin chống oxy hóa bằng cách quét các gốc O2 tự do, hay phản ứng với các gốc peroxy tham gia vào phản ứng oxy hóa dây chuyền. Nhờ vào khả năng cho các gốc tự do H+, các hợp chất này có thể ức chế đƣợc phản ứng peroxy hóa lipid. Các yếu tố ảnh hƣởng đến khả năng chống oxy hóa của Anthocyanin Rất nhiều các nghiên cứu đã cho thấy mối tƣơng quan khá cao giữa hàm lƣợng màu trong nguyên liệu (trái cây, rau) với khả năng chống oxy hóa. Ngoài ra, sự khác nhau về cấu trúc giữa các Anthocyanin cũng có thể ảnh hƣởng đến hoạt tính chống oxy hóa. Trên thực tế, 22
ĐATN: Nghiên cứu đề xuất quy trình chế biến sữa gạo từ gạo đen hữu cơ thay đổi vị trí và loại gốc hóa học gắn vào vòng thơm của phân tử Anthocyanin, khả năng nhận electron độc thân từ các gốc tự do cũng sẽ khác nhau. Hình 1.8. Sự tạo phức giữa cyanidin và DNA Theo kết quả nghiên cứu trên các Anthocyanin và aglycon cyanidin của chúng trong cherry chát, khả năng ức chế sự oxy hóa lipid của cyanidin cao hơn các glucoside của nó, từ đó cho thấy rằng hoạt tính chống oxy hóa của Anthocyanin là do aglycon quyết định. Số lƣợng các gốc đƣờng ở vị trí C3 cũng có vai trò rất quan trọng đến khả năng chống oxy hóa, số lƣợng các phân tử đƣờng càng ít khả năng chống oxy càng cao hơn. 23
ĐATN: Nghiên cứu đề xuất quy trình chế biến sữa gạo từ gạo đen hữu cơ Hoạt tính chống ung thƣ: Trong các nghiên cứu in vitro và in vivo, các hợp chất Anthocyanin đều cho thấy khả năng giảm sự tăng trƣởng của các tế bào ung thƣ và ức chế sự hình thành khối u một cách đáng kể. Cơ chế chống ung thƣ của Anthocyanin nói riêng và các hợp chất phenolic có thể liên quan đến khả năng ức chế các enzyme cyclooxygenase và hoạt tính chống oxy hóa. Một số nghiên cứu về khả năng chống ung thƣ của Anthocyanin nhƣ: Các aglycon có trong những loại Anthocyanin phổ biến nhất nhƣ cyanidin, delphinidin, maldivin, pelargonidin và petunidin đều có khả năng ức chế sự phát triển của các tế bào ung thƣ dạ dày, ruột kết, phổi, lồng ngực ở ngƣời. Theo nghiên cứu này, nhóm hydroxy tự do ở vị trí C3 trong dạng cấu trúc flavylium của Anthocyanidin góp phần ức chế sự phát triển cùa các dòng tế bào ung thƣ của ngƣời đƣợc khảo sát. Trong Anthocyanin, nhóm hydroxy ở vị trí C3 luôn bị thế bởi các gốc đƣờng, và vì vậy, các Anthocyanin không có đƣợc khả năng ức chế nhƣ trên. Ngoài ra, số nhóm hydroxyl và methoxyl trong vòng B của cyanidin cũng ảnh hƣởng rất lớn đến khả năng ức chế các dòng tế bào ung thƣ đƣợc nghiên cứu. Hoạt tính ức chế cao nhất thuộc về maldivin, vốn có nhóm hydroxy ở vị trí 3 và 4’ và nhóm methoxy ở các vị trí 3’ và 5’. Nghiên cứu về khả năng ức chế sự di căn của các tế bào ung thƣ của Anthocyanin. Sự di căn đòi hỏi tế bào phải có khả năng di động, khả năng kết dính bề mặt và sự hoạt động của các protease ngoại bào nhƣ serine protease, matalloproteinase (MMPs), cathepsine, nhằm phân hủy mạng lƣới ngoại bào (extracellular matrix – ECM), cho phép các tế bào di căn. Trong đó, các enzyme quan trọng nhất là serine protease và MMPs. MMPs là nhóm enzyme phân hủy phụ thuộc vào Zn có khả năng phân hủy các protein của mạng lƣới ngoại bào nhƣ collagen, proteoglycan, fibronectin và elastin. Cả MMP – 2 và MMP – 9 đều xuất hiện nhiều trong nhiều khối u ác tính và góp phần vào sự di căn. 24
ĐATN: Nghiên cứu đề xuất quy trình chế biến sữa gạo từ gạo đen hữu cơ Hoạt tính chống các bệnh tim mạch: Các hợp chất flavanoid nói chung và các Anthocyanin nói riêng đƣợc cho là có khả năng làm giảm nguy cơ mắc bệnh động mạch vành bởi khả năng ngăn chặn sự oxy hóa các lipoprotein có tỉ trọng thấp (LDL) trong huyết tƣơng. Sự oxy hóa các hợp chất này đƣợc xem nhƣ một bƣớc quan trọng trong sự hình thành các khối xơ động mạch và từ đó dẫn đến căn bệnh động mạch vành. Vai trò của Anthocyanin trong việc phòng chống các bệnh tim mạch có liên quan trực tiếp đến hoạt tính chống oxy hóa, giảm viêm, tăng độ bền và khả năng thẩm thấu của thành mạch máu, ức chế sự đông tụ của các tiểu huyết cầu. Các chất Anthocyanin thƣơng mại: 1. Encolor lipid DS ( công ty Reggianna, Antociani, Italy ) là dịch trích vỏ nho cô đặc. 2. Redberry liqid 88-01 đƣợc sản xuất bởi công ty Gilette Food Inc, là dịch trích quả của alderberry, blackberry, blueberry, blackcurrant. 3. Sambucus NR 54 đƣợc sản xuất bởi công ty Gilette Food Inc,là dịch trích anthocyanin từ elderberry. 4. San Red Liqid RC-EX đƣợc sản xuất bởi công ty San Ei Chemical Industries ( Nhật ) là dịch cô dặc từ bắp cải đỏ mà chúng chứa anthocyanin diacyl hóa. 5. Powdered San Red PC đƣợc sản xuất bởi công ty San Ei Chemical Industries là bột sấy khô của dịch tr ích từ bắp cải đỏ. Powdered San Red PC đƣợc sản xuất bởi công ty San Ei Chemical Industries là bột sấy khô của dịch trích từ bắp cải tím. 25
ĐATN: Nghiên cứu đề xuất quy trình chế biến sữa gạo từ gạo đen hữu cơ 1.5.4. Lợi ích mà gạo đen mang lại cho ngƣời sử dụng Gạo đen là sản phẩm vô cùng quý giá của tạo hóa đã ban tặng cho con ngƣời nhằm kiến tạo nên trạng thái cân bằng của các quá trình chuyển hóa – các quá trình trao đổi chất trong cơ thể, tăng cƣờng hệ miễn dịch, làm cho cơ thể phát triển tốt và đẩy lùi mọi nguy cơ của bệnh tật. Một nghiên cứu cho thấy gạo đen chứa chất OXH sẽ loại bỏ các phần tử có hại đến DNA có thể dẫn đến ung thƣ (www.independent.co.uk).Gạo đen còn chứa rất nhiều loại vitamin và chất khoáng bao gồm: sắt, vitamin A, vitamin B rất có lợi cho sức khỏe và phòng ngừa đƣợc bệnh tim (Chen et al.2003). Một báo cáo gần đây đã cho thấy bổ sung anthocyanin trong con ngƣời có thể cải thiện HDL và LDL (Qinetet al.2009) và có thể làm chậm sự phát triển ung thƣ ở động vật gặm nhấm và mô hình ung thƣ (Thomasset et al.2009). Bên cạnh đó, Gạo đen giúp con ngƣời phòng chống, ngăn ngừa, hạn chế rủi ro, bệnh tật, hỗ trợ điều trị các bệnh mãn tính nhƣ tai biến mạch máu não, huyết áp cao hoặc thấp, các bệnh tim mạch, đái tháo đƣờng, một số bệnh ung thƣ và các bệnh viêm nhiễm khác, đồng thời làm chậm quá trình lão hóa trong cơ thể, làm giảm các nếp nhăn, giúp làn da mịn màng, trẻ đẹp, nhất là đối với nữ giới.( nguồn: Trong gạo đen, chứa các chất kháng OXH, chúng có thể bảo vệ các tế bào của cơ thể khỏi bị xâm nhập bởi các gốc tự do. Các gốc tự do đều là những sản phẩm phụ tự nhiên của quá trình trao đổi chất trong cơ thể của con ngƣời. Các gốc tự do rất nguy hiểm đối với sức khỏe con ngƣời. Cho nên, các nhà hóa học đã gọi gốc tự do là những đứa con bướng bỉnh của hóa học vì chúng có vai trò chủ yếu trong việc phát sinh bệnh tật và quá trình lão hóa do chúng có thể xâm hại và phá hủy tế bào. Các chất kháng OXH đƣợc coi nhƣ là những người lính bảo vệ tế bào của cơ thể. Trong gạo có các chất chống oxy hóa nhƣ: gamma-oryzanol, lutein, lycopene, đều đã giúp cho cơ thể phòng chống và giảm rủi ro với các bệnh nói trên. Điều chỉnh hàm lƣợng glucose trong máu ở những ngƣời bị bệnh tiểu đƣờng. Ở Việt Nam, số lƣợng ngƣời mắc bệnh đái tháo đƣờng khoảng 6 triệu ngƣời và hàng năm có trên 1 triệu ngƣời đã bị chết do căn bệnh này trên thế giới. Với các thành phần nhƣ vitamin nhóm B, gamma-oryzanol, protein, các phức hợp carbonhydrate, Cr, polysaccharide, hemicelluloses và các chất kháng OXH đều 26
ĐATN: Nghiên cứu đề xuất quy trình chế biến sữa gạo từ gạo đen hữu cơ đóng vai trò quan trọng và tích cực trong việc chuyển hóa glucose trong cơ thể, do đó có thể kiểm soát, quản lý và điều hòa hàm lƣợng glucose trong máu ở ngƣời bị bệnh đái đƣờng. Tác dụng làm giảm nguy cơ của một số bệnh ung thƣ: Thông qua 12 công trình nghiên cứu đã phát hiện thấy rằng mối liên quan hết sức mật thiết giữa chế độ dinh dƣỡng có lƣợng chất xơ cao và việc giảm nguy cơ của bệnh ung thƣ vú. Một số khối u của bệnh ung thƣ vú đƣợc kích thích bở estrogen tuần hoàn trong máu. Chất xơ chắc chắn đã cản trở việc phát triển các khối u bằng cách kếp hợp với estrogen ở trong đƣờng ruột và ngăn ngừa nó không bị tái hấp thụ ở trong máu. Các carotenoid bao gồm alpha carotene, beta carotene, lutein, lycopene, đều là những chất có tác dụng phòng vệ mạnh chống lại nhiều dạng khác nhau của bệnh ung thƣ. Đặc biệt lycopenne có liên quan đến việc giảm tốc độ phát triển bệnh ung thƣ tuyến tiền liệt. Bên cạnh đó, Gamma oryzanol (acid ferulic) là một chất kháng đột biến, chất kháng ung thƣ. Tăng hệ miễn dịch của cơ thể nhằm phóng chống các bệnh thoái hóa và chặn đứng hiện tƣởng lão hóa sớm. Hệ thống miễn dịch trong cơ thể con ngƣời là một mạng lƣới phức hợp có nhiệm vụ điều hòa và phối hợp tất cả các hoạt động nhằm bảo vệ cơ thể khỏi bị các vi sinh vật gây hại tấn công (vi khuẩn, virut, nấm, các loại ký sinh) và chấm dứt việc hình thành và phát triển các tế bào bất bình thƣờng. Hệ thống miễn dịch có chức năng bảo vệ cơ thể ngƣời chống lại các loại bệnh tật và ốm đau. Với các thành phần nhƣ polysaccharide có khả năng cải thiện chức năng miễn dịch, gamma oryzanol và các chất dinh dƣỡng thực vật vốn làm tăng sự đáp ứng miễn dịch và làm giảm cytokine dễ gây viêm nhiễm Tác dụng cải thiện bộ máy tiêu hóa giúp việc đồng hóa thức ăn tốt và tránh đƣợc các hiện tƣợng tiêu chảy, táo bón. Tác dụng làm giảm cân ở những ngƣời bị bệnh béo phì: Các chất dinh dƣỡng vốn có thể giúp cơ thể không bị kích động bởi cảm giác đói. Gamma – oryzanol có 27
ĐATN: Nghiên cứu đề xuất quy trình chế biến sữa gạo từ gạo đen hữu cơ hiệu quả tích cực đối với lipid máu bằng cách đốt cháy chất béo, huy động chất béo dự trữ và làm tăng trọng lƣợng nạc của cơ thể. Cải thiện chức năng của gan, tăng cƣờng năng lƣợng cho cơ thể, tác dụng giảm hiện tƣợng đau đầu và cải thiện chức năng trí tuệ và tinh thần.Xây dựng bộ xƣơng của cơ thể, cải thiện thị giác, làm giảm triệu chứng thời kỳ mãn kinh và tăng cƣờng vẻ đẹp cho cơ thể, đặc biệt là đối với chị em phụ nữ. 1.6. Enzyme Amylase và quá trình thủy phân 1.6.1. Khái niệm: Amylase là một hệ 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 nƣớc. 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 nƣớc bọt (còn gọi là ptyalin), trong dịch tiêu hóa của ngƣời và động vật, trong hạt nảy mầm, nấm sợi, xạ khuẩn nấm men và vi khuẩn. Trong nƣớc bọt có ngƣời có ptyalin nhƣng ở một số loài động vật có vú thì không có nhƣ ngựa, chó, mèo Ptyalin bắt đầu thủy phân tinh bột từ miệng và quá trình này hoàn tất ở ruột non nhờ amylase của tuyến tụy (còn đƣợc gọi là amylopsin). 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 đƣợc ứng dụng rộng rãi nhất trong công nghiệp, y tế và nhiều lĩnh vực kinh tế khác, đặc biệt là trong những ngành công nghiệp thực phẩm. 1.6.2. Phân loại enzyme Amylase Hiện nay, có sáu loại enzyme Amylase đƣợc xếp vào 2 nhóm: Endoamylase (Enzyme nội bào) và Exoamylase (Enzyme ngoại bào). Endoamylase: gồm có α-Amylase (EC 3.2.1.1) và nhóm Enzyme khử nhánh. Nhóm Enzyme khử nhánh này đƣợc chia thanh hai loại: khử trực tiếp pullulannase (hay α- dextrin-6-glucanohydrolase) (EC 3.2.1.41); khử gián tiếp transglucosylase (hay oligo- 28
ĐATN: Nghiên cứu đề xuất quy trình chế biến sữa gạo từ gạo đen hữu cơ 1,6-glucosodase) (EC 3.2.1.20) và amylo -1,6-glucosidase (EC3.2.1.10). Các enzyme này thủy phân các liên kết bên trong của chuỗi polysaccharide. Exoamylase: Đây là những enzyme thủy phân tinh bột từ đầu không khử của chuỗi polysaccharide. Nhóm này gồm: β-Amylase, amyloglucosidase (glucoamylse hay γ- Amylase). Hình1.9. Phân loại enzyme Amylase Sự khác biệt giữa các loại Enzyme Amylase: Các loại enzyme amylase không chỉ khác nhau ở đặc tính mà còn khác nhau ở pH hoạt động và tính ổn định với nhiệt độ. Tốc độ phản ứng của Amylase phụ thuộc vào pH, nhiệt độ, mức độpolyme hóa của cơ chất. Các enzyme Amylase có nguồn gốc khác nhau sẽ có tính chất, cơ chế tác dụng và sản phẩm cuối cùng của quá trình thủy phân khác nhau. Amylase có nguồn gốc khác nhau sẽ có thành phần, tính chất, nhiệt độ hoạt động. pH tối ƣu và các đặc điểm thủy phân khác nhau. 1.6.3. Hệ enzyme Amylase Enzyme α-Amylase Cấu tạo: Enzyme α-Amylase là protein có phân tử lƣợng thấp, thƣờng nằm trong khoảng 50.000 đến 60.000 Dal. Có một số trƣờng hợp đặc biệt nhƣ α-Amylase từ loài vi khuẩn Bacillus macerans có phân tử lƣợng lên đến 130.000 Dal. Đến nay ngƣời ta đã biết rõ các chuỗi acid amin của 18 loại α-Amylase nhƣng chỉ có 2 loại α-Amylse là taka-Amylase từ Apergillus orysee và α-Amylase của tụy lợn đƣợc 29
ĐATN: Nghiên cứu đề xuất quy trình chế biến sữa gạo từ gạo đen hữu cơ nghiên cứu kỹ về hình thể không gian cấu trúc bậc 3. Mới đây các nghiên cứu về tính đồng nhất của chuỗi mạch acid amin và về vùng kị nƣớc cho thấy các chuỗi mạch acid amin của tất cả các enzyme-Amylase đều có cấu trúc bật 3 tƣơng tự. Cơ chế tác dụng: α-Amylase từ các nguồn khác nhau có nhiều điểm rất giống nhau, có khả năng phân cắt các liên kết α-1,4-glucoside nằm ở phía bên trong phân tử cơ chất (tinh bột hay glycogen) một cách ngẫu nhiên, không theo một trận tự nào cả, α- Amylase không chỉ thủy phân hồ tinh bột mà nó còn thủy phân cả hạt tinh bột nguyên song với tốc độ rất chậm. Quá trình thủy phân tinh bột của enzyme này là quá trình đa giai đoạn: Ở giai đoạn đầu (giai đoạn dextrin hóa): chỉ một số phân tử cơ chất bị thủy phân tạo thành một lƣợng lớn dextrin phân tử thấp (α-dextrin), độ nhớt hồ tinh bột giảm nhanh (các amylose và amylopectin đều bị dịch hóa nhanh). Sang giai đoạn 2 (giai đoạn đƣờng hóa): các dextrin phân tử thấp tạo thành bị thủy phân tiếp tục tạo ra các tetra-trimaltose không cho màu với iodine, Các chất này bị thủy phân rất chậm bởi α-Amylase cho tới disaccharide và monosaccharide, Dƣới tác dụng của α-Amylase, amylose bị phân giải khá nhanh thành oligosaccharide gồm 6-7 gốc glucose (vì vậy, ngƣời ta cho rằng α-amylase luôn cắt amylose thành từng đoạn 6-7 gốc. Sau đó, các polyglucose này bị phân cắt tiếp tục tạo nên mạch polyglucose collagen cứ ngắn dần và bị phân giải chậm đến matltotetrose, maltotriose và maltose. Qua một thời gian tác dụng dài, sản phẩm thủy phân của amylose chứa 13% glucose và 87% maltose. Tác dụng của α-Amylse lên amylopectin cũng xảy ra tƣơng tự dù có chịu tác dụng lâu thì sản phẩm cuối cùng, ngoài các đƣờng nói trên (72% maltose và 19% glucose) còn có dextrin phân tử thấp và isomaltose 8%. Amylose Oligosaccharide Polyglucose 30 Maltose Matlotriose Maltotetrose
ĐATN: Nghiên cứu đề xuất quy trình chế biến sữa gạo từ gạo đen hữu cơ Hình 1.10. Sản phẩm của amylose thủy phân dưới tác dụng của α-Amylase Tóm lại, dƣới tác dụng của α-Amylase, tinh bột có thể chuyển thành maltotetrose, maltose, glucose và dextrin phân tử thấp. Tuy nhiên, thông thƣờng α-Amylse chỉ thủy phân tinh bột chủ yếu thành dextrin phân tử thấp không cho màu với Iodine và một ít maltose. Khả năng dextrin hóa cao của α-Amylse là tính chất đặc trƣng của nó. Vì vậy, ngƣời ta thƣờng dùng loại Amylase này là Amylase dextrin hóa hay là amylase dịch hóa. Bảng 1.6. Một số tinh chất của α-Amylase từ vi sinh vật Tên vi sinh vật pHopt Topt Phân tử lượng (kD) Bacillus acidocaldarius 3,5 75 68 Bacillus stearothermophilus 4,5 – 6,5 65 – 73 48 Bacillus subtilis 5,3 – 6,4 50 47 Acinetobacter sp.I 7,0 50 – 55 55 Acinetobacter sp.II 7,0 50 – 55 65 Bacteroides amylophilus 6,3 43 92 Mircococcus halobius 6,0 – 7,0 50 – 55 89 Streptomyces hygroscopicus 5,0 – 6,0 50 – 55 48 Streptomyces aureofaciens 4,6 – 5,3 40 40 Thermonospora curvata 5,5 – 6,0 65 62 Aspergilus prysee 5,5 – 5,9 40 52 Mucor pusillus 3,5 – 4,0 65-70 48 Lipomyces kononenkaae 5,5 40 38 Schwaniomyces castellii 6,0 60 40 31
ĐATN: Nghiên cứu đề xuất quy trình chế biến sữa gạo từ gạo đen hữu cơ Enzyme β-Amylase: Cấu tạo: β-Amylase hiện diện phổ biến ở thực vật, đặc biệt là hạt nảy mầm. Ở trong các hạt ngũ cốc nảy mầm, enzyme này xúc tác sự thủy phẩn các liên kết 1,4-α-glucan trong tinh bột, glucogen và polysaccharide, phân cắt từng nhóm maltose từ đầu không khử của mạch. Maltose đƣợc tạo thành do sự xúc tác của β-Amylase có cấu hình β. Ở ngũ cốc, β-Amylase tham gia vào sự phân giải của tinh bột trong quá trình nảy mầm của hạt. Ở lúa, β-Amylase đƣợc tổng hợp trong suốt quá trình của hạt và hầu nhƣ không đƣợc tổng hợp ở hạt khô. Ở lúa mạch, Enzyme có mặt ở trong hạt khô, nó đƣợc tích lũy trong suốt quá trình phát triển của hạt, khi ở dạng liên kết, enzyme này là một phân tử có trọng lƣợng 64.000Da và khi bị phân cắt bởi một protease sẽ đƣợc phóng thích dƣới dạng tự do và có khối lƣợng phân tử là 59.000 Da. Cơ chế tác dụng: Enzyme này là một enzyme ngoại bào. Tiến trình phân giải bắt đầu từ đầu không khử của các nhánh ngoài cùng cơ chất. β-Amylase phân cắt các liên kết α- 1,4-glucoside nhƣng khi gặp liên kết α-1,4-glucoside đứng kề cận liên kết α-1,6- glucoside thì nó sẽ ngừng tác dụng, Phân polysaccharide còn lại là dextrin phân tử lƣợng lớn có chứa rất nhiều liên kết α-1,6 glucoside và đƣợc gọi là β-dextrin. Hình1.11. Sản phẩm của tinh bột Tinh bột đƣợc thủy phân bởi enzyme này tạo thành sản phẩm maltose (52-58%) và β- dextrin (42-46%). Một số loại enzyem khác: Bên cạnh đó còn có một số loại enzyme thuộc Amylase khác nhƣ là oligo 1,6-glucosidase, enzyme pullulannase, maltase. 1.6.4. Các yếu tố ảnh hƣởng đến phản ứng của enzyme Amylase Nhiệt độ: Nhiệt độ có ảnh hƣởng rất lớn đến phản ứng của enzyme. Tốc độc phản ứng không phải lúc nào cũng tỷ lệ thuận với nhiệt độ phản ứng. Tốc độ phản ứng chỉ tăng đến một giới hạn nhiệt độ nhất định. Vƣợt quá nhiệt độ đó, tốc độ phản ứng enzyme sẽ giảm đến mức triệt tiêu. 32
ĐATN: Nghiên cứu đề xuất quy trình chế biến sữa gạo từ gạo đen hữu cơ Ngƣời ta thƣờng sử dụng hệ số nhiệt Q10 để biểu diễn ảnh hƣởng của nhiệt độ đến tốc độ phản ứng. Nhiệt độ tƣơng ứng với tốc độ phản ứng enzyme cao nhất gọi là nhiệt độ tối ƣu. Phần lới enzyme hoạt động mạnh nhất ở nhiệt độ 40 – 500C. Nhiệt độ tối ƣu của những enzyme khác nhau là hoàn toàn khác nhau. Một số enzyme khác có nhiệt độ tối ƣu ở 600C, mốt số khác lại có nhiệt độ tới ƣu ở 700C, thậm chí có một số enzyme của vi khuẩn Bacillis subtilis lại hoạt động mạnh ở 900C. Nếu đƣa nhiệt độ cao hơn mức nhiệt độ tối ƣu, hoạt tính enzyme sẽ bị giảm. Khi đó enzyme không có khả năng phục hồi lại hoạt tính. Ngƣợc lại, ở nhiệt độ 0oC enzyme bị hàn chế hoạt động rất mạnh, nhƣng khi đƣa nhiệt độ lên từ từ hoạt tính enzyme sẽ tăng dần đều đến mức tối ƣu. Nhiệt độ tối ƣu của một enzyme phụ thuộc rất nhiều vào sự có mặt của cơ chất, kim loại, pH, các chất bảo vệ. Ngƣời ta thƣờng sử dụng nhiệt độ để điều khiển hoạt động của enzyme và tốc độ phản ứng trong chế biến và bảo quản thực phẩm. pH pH môi trƣơng thƣờng ảnh hƣởng đến mức độ ion hóa cơ chất, enzyme và đặc biệt ảnh hƣởng đến độ bền của enzyme. Chính vì thế pH có ảnh hƣởng rất mạnh đến phản ứng của enzyme. Nhiều enzyme hoạt động rất mạnh ở pH trung tính. Tuy nhiên cũng có nhiều enzyme hoạt động ở pH acid yếu. Một số khác lại hoạt động ở pH kiềm và cả pH acid. Ví dụ: một số protease hoạt đồng ở pH kiềm (protease kiềm), một số lại hoạt động ở pH acid (protease acid) và một số protease hoạt động ở pH trung tính (protease trung tính). Ngƣời ta thƣờng dùng ảnh hƣởng của pH để điều hóa phản ứng bảo quản, chế biến lƣơng thực, thực phẩm, trong tuyển chọn giống vi sinh vật. 33
ĐATN: Nghiên cứu đề xuất quy trình chế biến sữa gạo từ gạo đen hữu cơ Hình1.12. Ảnh hƣởng của pH đến phản ứng enzyme Chất kìm hãm Các chất kìm hãm hoạt động của enzyme thƣờng là các chất có mặt trong các phản ứng enzyme làm giảm hoạt tính của enzyme nhƣng lại không bị enzyme làm thay đổi tính chất hóa học, cấu tạo hóa học, và tính chất vật lý của chúng. Các chất gây kìm hãm hoạt động của các enzyme bao gồm các ion, các phân tử vô cơ, các chất hữu cơ và cả protein. Các chất kìm hãm có ý nghĩa rất lớn trong điều kiện các quá trình trao đổi chất ở tế bào sinh vật. Cơ chế kìm hãm của các chất kìm hãm có thể là thuận nghịch hoặc không thuận nghịch. Trong trƣờng hợp các chất kìm hãm thuận nghịch, phản ứng giữa enzyme và chất kìm hãm sẽ nahnh chóng đạt đƣợc trạng thái cân bằng. Các chất kìm hãm kết hợp với enzyme với liên kết đồng hóa trị. Theo đó, các chất kìm hãm gắn chặc vào enzyme, tạo thành phức enzyme-chất kiềm hãm (EI). Phức này bị phân rã rất chậm. Tùy thuộc vào bản chất của chất kìm hãm mà ngƣời ta chi ra những chất kìm hãm sau: chất kìm hãm cạnh tranh và chất kìm hãm không cạnh tranh. Chất hoạt hóa Các chất có tác dụng làm tăng hoạt tính của enzyme gọi là các chất hoạt hóa enzyme. Các chất hoạt hóa enzyme có bản chất hóa học khác nhau. Chúng có thể là những anion, các kim loại từ ô thứ 11 đến 55 trong bảng hệ thống tuần hoàn, các chất hữu cơ có cấu trúc phức tạp. Tuy nhiên, các chất hoạt hóa chỉ có tác dụng ở một nồng độ nhất định. Vƣợt quá nồng độ này, chúng sẽ gây ức chế hoạt động của enzyme. 34
ĐATN: Nghiên cứu đề xuất quy trình chế biến sữa gạo từ gạo đen hữu cơ Ở nồng độ hoạt hóa, các chất hoạt hóa thƣờng làm nhiệm vụ chuyển nhóm hydrogen hoặc những chất có khả năng phá vỡ một số liên kết trong phân tử tiền enzyme hoặc các chất có tác dụng phục hồi các nhóm chức năng trong trung tâm hoạt động của enzyme. Hình1.13. Chất hoạt hóa enzyme 1.6.5. Quá trình thủy phân Mục đích: Quá trình phân cách một số hợp chất hóa học có phân tử lƣợng cao thành các hơp chất có phân tử lƣợng thấp với sự tham gia của enzyme α - Amylase, giúp cho sản phẩm dễ tiêu hóa.Tạo vị ngọt cho sản phẩm. Các yếu tố ảnh hƣởng và biến đổi trong quá trình thủy phân Các yếu tố ảnh hƣởng đến quá trình thủy phân: nhiệt độ, pH, thời gian, nồng độ enzyme. Các biến đổi: Hóa học: Phản ứng thủy phân nhờ xúc tác của enzyme xảy ra, tạo ra các sản phẩm nhƣ dextrin, maltose và glucose. Vật lý: Trong quá trình thủy phân, một số tính chất vật lý của mẫu thủy phân sẽ bị thay đổi, ví dụ nhƣ nhiệt độ, thể tích, tỷ trọng, Hóa lý: Một số biến đổi về pha có thể xảy ra trong quá trình thủy phân. Sinh học và hóa sinh: Những biến đổi sinh học và hóa sinh là không đáng kể. 35
ĐATN: Nghiên cứu đề xuất quy trình chế biến sữa gạo từ gạo đen hữu cơ 1.7. Tình hình sản xuất sữa gạo trong và ngoài nƣớc 1.7.1. Tình hình sản xuất sữa gạo trong và ngoài nƣớc hiện nay Sữa gạo trên thế giới đƣợc làm bằng nhiều cách thức khác nhau từ truyền thống đến công nghiệp. Một ví dụ minh chứng rằng: sữa gạo khá phát triển ở thị trƣờng châu Mỹ, châu Á và châu Phi nơi mà có số lƣợng ngƣời mắc hội chứng không dung nạp đƣờng Lactose nhiều nhất ƣớc tính lên khoảng 4.3 tỷ ngƣời ở khu vực châu Á, khi chúng ta nhập từ khóa “rice milk “ trên website google thì đƣợc ƣớc tính có khoảng 11 triệu kết quả trong vòng 0.45 giây. Đây chính là con số khá lớn để thể hiện lên rằng sữa gạo đang đƣợc thế giới quan tâm và chế biến nhiều. Bảng 1.7.Giá sữa gạo và sữa đậu nành trên thị trường thế giới 1.7.2. Các nghiên cứu trong nƣớc về sữa gạo Ngày 2/3/2016 vừa qua, Tiến sĩ Hồ Thanh Bình và thạc sĩ Cao Thị Luyến của Khoa Nông nghiệp và Tại nguyên thiên nhiên trƣờng Đại học An Giang đã nghiên cứu thành công quy trình sản xuất sữa gạo (nguồn : cong-nghe-san-xuat-sua-gao-luc-7197/). Thí nghiệm đƣợc tiến hành trên 4 loại gạo phổ biến tại An Giang là: Tấm IR50404, gạo IR 50404, tấm Jasmine và tấm OM6976 bằng hai loại enzyme là α-Amylase và glucoseamylase, kết quả cho thấy tấm OM6976 là loại phù hợp. Quá trình dịch hóa đƣợc thực hiện với enzyme α – amylase (nồng độ từ 0,5% 36
ĐATN: Nghiên cứu đề xuất quy trình chế biến sữa gạo từ gạo đen hữu cơ đến 2%) trong thời gian khảo sát từ 15 phút đến 75 phút. Enzyme glucoamylase đƣợc sử dụng với các tỷ lệ 0,5%; 1%; 1,5% và 2% trong quá trình đƣờng hóa. Đề tài đã góp phần đa dạng hóa sản phẩm từ gạo, tăng nguồn tiêu thụ sản phẩm gạo và nâng cao giá thành cho gạo. Đồng thời tạo ra sản phẩm sữa từ gạo, cung cấp thêm nguồn thức uống cho đối tƣợng ngƣời tiêu dùng dị ứng với thành phần lactose của sữa. Ngoài ra, còn có những đồ án với đề tài mang tên: “ Nghiên cứu công nghệ sản xuất sữa gạo lức” của Thạc sĩ Trần Trọng Vũ vào tháng 1 năm 2008. “Tối ƣu hóa quá trình thủy phân tinh bột enzyme amylase trong chế biến sữa gạo sử dụng mô hình phức hợp trung tâm bề mặt đáp ứng” của khoa Nông nghiệp và Sinh học Ứng dụng, Trƣờng đại học Cần thơ đƣợc đăng tại tạp chí Khoa học Trƣờng Đại học Cần Thơ năm 2015.Sử dụng enzyme α-amylase trong thủy phân tinh bột từ gạo huyết rồng ở nhiệt độ từ 70 đến 90oC, nồng độ enzyme (0.05-0.25%) từ tạp chí Khoa học Trƣờng Đại học Cần thơ (Dƣơng Thị Ngọc Hạnh). Nhìn vào mặt bằng chung, thì sữa gạo đƣợc sản xuất tại Việt Nam vẫn còn chƣa đƣợc phát triển và chủ yếu làm theo phƣơng pháp thủ công tại gia, chỉ có một vài sản phẩm có mặt trên thị trƣờng và sữa gạo nhập từ nƣớc ngoài vẫn còn chiếm ƣu thế:ví dụ nhƣ: Morning rice (Hàn quốc), sữa gạo lứt Koshi, sữa gạo Gạo Phố(Sữa gạo của michellenguyen2810 tại 0902971412- 0934977050,212 Ung Văn Khiêm, Quận Bình Thạnh ) 37
ĐATN: Nghiên cứu đề xuất quy trình chế biến sữa gạo từ gạo đen hữu cơ Hình1.14. Sản phẩm sữa gạo lứt Koshi,Nước gạo Morning rice và sữa gạo Gạo Phố 1.7.3. Các công đoạn sản xuất sữa gạo 1.7.3.1. Nghiền mịn Mục đích:Làm giảm kích thƣớc và phá vở cấu trúc của nguyên liệu thuận lợi cho quá trình hồ hóa. Cơ chế:Trong quá trình nghiền, có ba loại lực cùng tác dụng vào vật liệu: lực nén, lực va đập và lực ma sát. Lực va đập và lực nén chiếm ƣu thế trong quá trình nghiền vật liệu cứng, nghiền thô, nghiền trung gian và nghiền tinh. Các biến đổi: Vật lý: Kích thƣớc nguyên liệu giảm, diện tích bề mặt riêng sẽ tăng. Hóa học: Cấu trúc nguyên liệu bị phá vỡ, các thành phần dễ bị oxi hóa bên trong nguyên liệu nhƣ các vitamin, acid béo, sẽ có điều kiện tiếp xúc với oxy, do đó phản ứng oxy hóa sẽ diễn ra. Hóa sinh: Các phản ứng oxy hóa diễn ra mạnh mẽ. Sinh học: 38
ĐATN: Nghiên cứu đề xuất quy trình chế biến sữa gạo từ gạo đen hữu cơ Dƣới tác dụng của lực cơ học, vi sinh vật nhạy cảm với nhiệt độ sẽ bị tiêu diệt nhƣng không đáng kể. Diện tích bề mặt riêng tăng lên, thành phần chất dinh dƣỡng thoát ra bên ngoài bề mặt, làm vi sinh vật phát triển mạnh mẽ. Cách thức thực hiện: Sử dụng máy nghiền trục. Nguyên tắc hoạt động: Thiệt bị nghiền trục đƣợc cấu tạo bởi hai trục hình trụ nằm ngang. Trong quá trình vận hành, hai trục chuyển động ngƣợc chiều nhau nguyên liệu sẽ đƣợc kéo xuống khe của hai trục, nhờ vào lực nén ép, hạt sẽ bị vỡ kéo qua khe hẹp. Yêu cầu kỹ thuật: Kích thƣớc hạt: < 0.025mm. Không lẫn tạp chất, mùi lạ. 1.7.3.2. Hồ hóa Mục đích: Cấu trúc của hạt tinh bột cứng và không tan. Quá trình hồ hóa là quá trình tinh bột biến tính hút nƣớc trƣơng nở dƣới tác dụng của nhiệt độ. Nhƣ vậy, hạt tinh bột sẽ đƣợc trƣơng nở, tăng khả năng hòa tan, tạo điều kiện thuận lợi cho quá trình thủy phân. Cơ chế của quá trình hồ hóa:Khi hòa tan tinh bột vào nƣớc, đầu tiên các phân tử nƣớc sẽ thâm nhập vào giữa các phân tử tinh bột có kích thƣớc lớn và tƣơng tác với các nhóm hoạt động của tinh bột, tạo ra lớp vỏ nƣớc và làm mắt xích của tinh bột bị yếu đi. Kết quả, phân tử tinh bột bị xê dịch rồi trƣơng nở. Quá trình hồ hóa sẽ bị ảnh hƣởng bởi các yếu tố nhƣ kích thƣớc của hạt tinh bột, loại tinh bột tỷ lệ amylose/amylosepectin, 39
ĐATN: Nghiên cứu đề xuất quy trình chế biến sữa gạo từ gạo đen hữu cơ Quá trình hấp thụ nƣớc: Ở trạng thái tự nhiên, các phân tử tinh bột liên kết với nhau bằng liên kết hydro rất bền. Ở nhiệt độ lạnh, tinh bột vẫn có thể hấp thụ nƣớc một cách thuận nghịch nhƣng với 1 lƣợng nhỏ. Khi hấp thụ nƣớc sẽ xảy ra sự hydrat hóa các nhóm hydroxyl tự do và kết quả tạo thành liên kết hydro với nƣớc. Nhiệt độ tăng sẽ làm đứt các liên kết hydro tự nhiên của các hạt tinh bột và làm khả năng hấp thụ nƣớc tăng. Nhiệt độ tăng cao quá sẽ làm đứt tiếp các liên kết hydro. Nói chung quá trình hydrat hóa tinh bột trong nƣớc gồm những giai đoạn sau: Hạt tinh bột Hấp thụ Ngƣng tự Hydrat hóa nƣớc nƣớc lỏng và trƣởng nở Dung dịch Phân tán Phá vở đứa liên kết các phân tử Hình1.15. Cơ chế của quá trình hồ hóa Nhiệt độ để phá vỡ hạt, chuyển tinh bột từ trạng thái ban đầu có mức độ hydrat hóa khác nhau thành dung dịch keo gọi là nhiệt độ hồ hóa. Các hạt tinh bột có kích thƣớc và nguồn gốc khác nhau cũng có nhiệt độ hồ hóa khác nhau. Các hạt nhỏ có cấu tạo chặt rất bền nên cần nhiệt độ hồ hóa lớn hơn nhiệt độ hồ hóa các hạt lớn (cấu trúc yếu), vì thế nhiệt độ hồ hóa tinh bột là những hỗn hợp các hạt có kích thƣớc khác nhau thƣờng không phải một điểm mà là một khoảng nhiệt độ. Trong quá trình hồ hóa, độ nhớt tinh bột tăng dần tới 1 điểm cực đại rồi giảm dần. Sự thoái hóa của gel tinh bột: Khi để một thời gian dài, các gel tinh bột sẽ co lại và tách nƣớc. Hiện tƣợng đó gọi là sự thoái hóa. Nguyên nhân của sự thoái hóa là do sự hình thành các cầu nối hydro giữa các phân tử tinh bột. Amylose có cấu trúc mạch thẳng nên khả năng định hƣớng và tập hợp lại dễ dàng hơn so với amylosepectin, vì thế nói chung hiện tƣợng thoái hóa thƣờng liên quan đến amylose của tinh bột. Quá trình thoái hóa bao gồm các giai đoạn sau đây: Đầu tiên các mạch đƣợc uốn thẳng lại. 40
ĐATN: Nghiên cứu đề xuất quy trình chế biến sữa gạo từ gạo đen hữu cơ Sau đó lớp vỏ hydrat bị mất đi, các mạch sẽ định hƣớng song song với nhau. Các cầu nối hydro đƣợc tạo thành giữa các nhóm OH. Tốc độ thoái hóa sẽ tăng khi giảm nhiệt độ và đạt cực đại tại pH = 7. Tốc độ thoái hóa sẽ giảm cả khi tăng hoặc giảm pH. Amylose là thành phần chủ yếu gây nên sự thoái hóa của gel tinh bột và sự thoái hóa của amylose là không khắc phục đƣợc, trong khi amylosepectin thoái hóa có thể quay lại trạng thái ban đầu khi đun nóng từ 50 – 600C. Sự thoái hóa thường kèm theo hiện tượng tách nước và đặc lại. 1.7.3.3. Lọc: Mục đích:Nhằm mục đích phân riêng, giữ lại những cấu tử cần thiết để tạo nên sản phẩm, đồng thời tách bỏ các tạp chất trong hỗn hợp ban đầu. Quá trình lọc còn hoàn thiện sản phẩm giúp cải thiện một số chỉ tiêu chất lƣợng sản phẩm tránh hiện tƣợng tách lớp, lắn cặn. Các biến đổi: Vật lý: khi lọc sẽ thu đƣợc dịch lọc và bã lọc. Một số chỉ tiêu vật lý của dịch lọc sẽ thay đổi so với dịch ban đầu nhƣ tỉ trọng, độ trong, Hóa học: những biến đổi hóa học không đáng kể. Hóa lý: quá trình lọc sẽ phân riêng hai pha lỏng và rắn. Thông thƣờng không xảy ra sự chuyển pha trong quá trình lọc. Tuy nhiên, một số cấu tử dễ bay hơi nhƣ các hợp chất mùi trong dịch lọc có thể bị tổn thất. Sinh học: quá trình lọc không gây ra những biến đổi sinh học. 1.7.3.4. Phối chế: Mục đích:Nhằm mục đích hoàn thiện sản phẩm, giúp sản phẩm tạo ra đạt độ cảm quan tốt nhất, điều hòa mùi vị, độ sánh đặc của sản phẩm. Các biến đổi: Vật lý: quá trình phối chế sẽ làm thay đổi một số chỉ tiêu vật lý của dịch sau thủy phân nhƣ độ đặc, độ sánh. Hóa học: những biến đổi hóa học không đáng kể Hóa lý: không đáng kể Xanthangum trong công đoạn phối chế: 41
ĐATN: Nghiên cứu đề xuất quy trình chế biến sữa gạo từ gạo đen hữu cơ Định nghĩa: Cấu trúc cơ bản: 1 mạch chính là cellulose (các phân tử glucose liên kết β- (1,4)) và 1 mạch bên trisaccharide. Mỗi đơn vị β-D-glucopyranosyl trên mạch chính đƣợc liên kết với 1 đơn vị β-D- glucopyranosyl –(1–>4)- β -D- glucuronopyranosyl – (1–>2)-6-O-acetyl- β -D- mannopyranosyl trisaccharide. Khoảng ½ đơn vị β-D-glucopyranosyl tận cùng có acid pyruvic liên kết nhƣ là 4,6-cyclic acetal. Mạch bên tƣơng tác với mạch chính (nhờ lực liên kết thứ hai) để hình thành một phân tử khá cứng. Mạch bên trisaccharide: 2 phân tử mannose đƣợc tách biệt nhờ 1 phân tử glucuronic acid. Phân nữa nhóm mannose tận cùng liên kết với nhóm pyruvate & phân nữa còn lại có chứa nhóm acetyl. Những nhóm carboxyl ở mạch bên thể hiện tính anion của phân tử gum Hình 1.16.Cấu tạo của Xanthangum Tính chất: Xanthan gum không hòa tan trong dung môi hữu cơ (nhƣng hydrate hóa trong glycerol ở 650C). Sau khi hydrate hóa trong nƣớc –> thêm đến 50% ethanol hoặc propanol –> không kết tủa xanthan gum.hòa tan trong nƣớc nóng và nƣớc lạnh, độ nhớt dung dịch cao khi nồng độ thấp, không có sự thay đổi rõ ràng về độ nhớt khi nhiệt độ từ 0-1000C (tính chất độc đáo), hòa tan và ổn định trong môi trƣờng acid, khả năng tƣơng tác tốt với muối, tƣơng tác với những loại gum khác nhƣ locust bean gum, ổn định hệ nhũ tƣơng và huyền phù, ổn định dung dịch tốt khi đông lạnh và rã đông. Xanthan gum tƣơng hợp với nhiều loại acid hữu cơ: acetic, citric, lactic, tartaric và phosphoric acid Xanthan gum có nồng độ 0.3% trong nƣớc đã khử ion có nhiệt độ thay đổi hình dạng là 400C > trong TP có hàm lƣợng muối thấp là 900C –> muối giúp ổn định hình dạng có trật tự của xanthan gum và ổn định độ nhớt của nó. Tƣơng tác tốt với các chất làm đặc khác: tinh bột, carrageenan, pectin, gelatin, agar, alginate và dẫn xuất cellulose. 42
ĐATN: Nghiên cứu đề xuất quy trình chế biến sữa gạo từ gạo đen hữu cơ Công dụng: Xanthan gum sử dụng làm chất làm dày, đông đặc trong sản xuất kem, đồng thời là chất tạo béo "giả", tạo ra vị béo mà không có giá trị dinh dƣỡng.Xanthan gum có độ nhớt rất lớn ngay cả khi sử dụng 1 lƣợng ít, tạo ra 1 hỗn hợp gel đặc khi hòa vào nƣớc. Xanthan gum thu đƣợc có thể ứng dụng trong thực phẩm, không có độc tính.Làm tăng thể tích, cải thiện cấu trúc và tính ổn định. Giữ ẩm tốt.Thời hạn bảo quản dài 1.7.3.5. Tiệt trùng: Mục đích:Quá trình tiệt trùng nhằm ức chế bất thuận nghịch enzyme và tiêu diệt toàn bộ các hệ vi sinh vật có mặt trong sản phẩm, nhằm kéo dài thời gian bảo quản, chất lƣợng sản phẩm ổn định, hoàn thiện sản phẩm. Cơ chế: Sử dụng nhiệt độ cao để tiêu diệt toàn bộ vi sinh vật có trong sản phẩm. Các biến đổi của nguyên liệu: Vật lý: Độ nhớt dịch giảm khi nhiệt độ tăng. Có sự thay đổi về thế tích, khối lƣợng nhƣng không đáng kể. Hóa học: Một số phản ứng phân hủy xảy ra làm tổn thất các thành phần chất dinh dƣỡng có trong sữa nhƣ vitamin, hợp chất anthocyanin, Các thành phần đƣờng khử, acid amin, peptide sẽ tham gia phản ứng Maillard làm sản phẩm bị xẩm màu. Hóa sinh và sinh học: Enzyme α-amylase bị vô hoạt , các vi sinh vật bị tiêu diệt hoàn toàn. Hóa lý: Có sự bay hơi nƣớc và các chất dễ bay hơi khác. Một số protein có thể bị đông tụ nhƣng hàm lƣợng không đáng kể, vì sản phẩm đã quá các giai đoạn tiền xử lý nhiệt. Cách thực hiện: Dịch sau khi thủy phân sẽ đƣợc rót vào chai thủy tinh 150ml đã đƣợc xử lý làm sạch về mặt vật lý, hóa học và sinh học. Sau đó, sản phẩm đem đi tiệt trùng với chế độ 121,10C, P=1atm trong vòng 30 phút 43
ĐATN: Nghiên cứu đề xuất quy trình chế biến sữa gạo từ gạo đen hữu cơ CHƢƠNG 2: NGUYÊN VẬT LIỆU VÀ PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 2.1. Nguyên liệu – hóa chất – dụng cụ: 2.1.1. Địa điểm: Phòng Thí nghiệm chế biến thực phẩm (A07.12) – Khoa Công nghệ Sinh học – Thực Phẩm – Môi Trƣờng, Trƣờng Đại học Công nghệ TpHCM – 475 Điện Biên Phủ, Phƣờng 25, Quận Bình Thạnh, Thành phố Hồ Chí Minh. 2.1.2. Nguyên liệu: Gạo đen: Gạo đen hữu cơ Magic Organic Wild Rice sử dụng trong nghiên cứu đƣợc thu mua từ cửa hàng Hoa Sữa Food, 126 võ Văn kiệt. Q1. TpHCM. Gạo đƣợc đóng gói chân không, khối lƣợng 1kg, bảo quản nơi thoáng mát cho tới khi sử dụng.( nguồn: www.hoasuafood.com) Thành phần dinh dƣỡng: Bảng 2.1. Thành phần dinh dưỡng của gạo đen trong 100g gạo Thành phần Hàm lƣợng Tỉ lệ Calories 360kcal Chất béo 4g 6% Carbonhydrat 72g 24% Protein 9g 18% Ca 28mg 2.8% Vitamin C 0mg 0% Iron 3.6mg 20% Anthocyanin 39mg ( nguồn: đƣợc in trên bao bì của sản phẩm, do nhà sản xuất công bố) Chỉ tiêu chất lƣợng: + Độ ẩm (tối đa): 14%. + Tạp chất (tối đa): 0.2%. Enzyme α-Amylase 44
ĐATN: Nghiên cứu đề xuất quy trình chế biến sữa gạo từ gạo đen hữu cơ Enzyme Alpha Amylase có tên thƣơng mại là Termamyl SC đƣợc thu nhận từ vi khuẩn Bacillus licheniformis. Của công ty TNHH PHUTRACO tại 364/37 Thoai Ngoc Hau, Phu Thanh Ward, Tan Phu District, HCMC, Vietnam Thành phần dinh dƣỡng: Protein, nƣớc, sorbitol, potassium sorbate, sodium chloride. Tiêu chuẩn về hóa lý: Physical form Liquid Colour Clear brown Activity Αnpha-Amylse Min.24540 IU/g (IU: international unit) Tiêu chuẩn về vi sinh: Total viable count Less than 50000/gram Coliforms Less than 30/gram E.Coli Absent in 25 gram Salmonella species Absent in 25 gram Antibiotic activity Negative by test Tiêu chuẩn về kim loại nặng: Arsenic Less than 3mg/kg Lead Less than 5mg/kg Heavy metals (as Pb) Less than 30mg/kg 2.1.3. Hóa chất: Hoá chất đƣợc mua từ công ty TNHH Bách Khoa. Địa chỉ: Kios số 6 – 334 Tô Hiến Thành P14. Q 10 TP. HCM, thuộc nhóm hóa chất phân tích. Các hóa chất chủ yếu sử dụng trong thí nghiệm bao gồm: 3,5-Dinitro-2-hydroxybenzoic acid (C7H4N2O7) Natri hydroxyt (NaOH) Potassium Sodium Tartrate (C4H4O6KNa.4H2O) (Muối kép) Kali clorua (KCl) Sodium acetate trihydrate (CH3COONa.3H2O) Potassium iodide (KI). Iodine (I2) Dụng cụ và thiết bị: 45
ĐATN: Nghiên cứu đề xuất quy trình chế biến sữa gạo từ gạo đen hữu cơ Dụng cụ: Bộ rây, các dụng cụ thủy tinh (erlen, becher, pipet, buret ) Thiết bị cơ bản: Tủ sấy, máy xay sinh tốt, cân phân tích (2,3 số), máy đo quang, bể ổn định nhiệt, máy phân tích quang phổ, Brix kế, pH kế, nhớt kế. Hình 2.1. Máy đo OD và rây Hình 2.2. Cân phân tích và bể ổn định nhiệt 2.2. Phƣơng pháp nghiên cứu: 2.2.1. Sơ đồ dự kiến chế biến sữa gạo: Sữa gạo đƣợc thu nhận theo qui trình trong hình bao gồm các bƣớc cơ bản: Gạo đen đƣợc thu mua, nghiềm mịn với kích thƣớc < 0.025mm. Gạo sẽ đƣợc cân ở tỉ lệ gạo:nƣớc là 1:10 và hồ hóa ở các khung nhiệt độ là 700C- 800C- 900C- 1000 , thời gian 40p. Sau đó làm nguội đến 600C. Dịch hồ hóa thủy phân ở 80oC trong vòng 3 giờ để chọn đƣợc nhiệt độ và thời gian đạt đƣợc hiệu suất thủy phân tốt. Cố định các thông số của hồ hóa. Tiến hành khảo sát nhiệt độ, thời gian và nồng độ enzyme để đạt hiệu suất thủy phân tốt. 46
ĐATN: Nghiên cứu đề xuất quy trình chế biến sữa gạo từ gạo đen hữu cơ Cố định thông số thủy phân. Dịch đƣợc đem lọc qua vải lọc thô, rồi mang phối chế. Gạo đen Nghiền mịn<0.025mm Tỷ lệ gạo: nƣớc: 1:10(w/w)Xác Hồ Hóa định nhiệt độ hồ hóa 0 Làm nguội đế n 80 C Xác định nhiệt độ, thời gian Thủy phân thủy phân và nồng độ enzyme Lọc Xác định công thức phối chế: tỉ Phối chế lệ Xathangum Sản phẩm Hình 2.3. Sơ đồ dự kiến chế biến sữa gạo 47
ĐATN: Nghiên cứu đề xuất quy trình chế biến sữa gạo từ gạo đen hữu cơ 2.2.2. Bố trí thí nghiệm: 2.2.2.1. Thí nghiệm 1: Xác định thông số kỹ thuật của quá trình hồ hóa Xác định nhiệt độ thích hợp cho quá trình hồ hóa. Gạo nghiền mịn < 0.025mm Hồ hóa- 40phút Tỉ lệ gạo: nƣớc 1:10(w/w) 700C 800C 900C 1000C Dịch hồ hóaThủy phân Làm nguội 800C [Enz.] = 0.2% Thời gian: 3 giờ Nhiệt độ: 800C Lọc Đánh giá hiệu suất thủy phân Chọn nhiệt độ, thời gian thích hợp Tiến hành: 48
ĐATN: Nghiên cứu đề xuất quy trình chế biến sữa gạo từ gạo đen hữu cơ Nguyên liệu nghiền mịn với kích thƣớc < 0.025mm. Cân với khối lƣợng, tỉ lệ nƣớc gạo 1:10 Hồ hóa mẫu ở các mức nhiệt độ: 70-80-90-1000C trong vòng 40 phút. Mẫu hồ hóa đậy kín, khuấy trộn trong vòng 2 phút, mỗi 15 phút một lần.Xác định khối lƣợng khối bột bằng cân phân tích sau khi hồ hóa, bổ sung lƣợng nƣớc để đảm bảo không bị hao hụt do bay hơi. Dịch hồ hóa đƣợc làm nguội đến nhiệt độ 600C, bổ sung enzyme với nồng độ 0,2%. Thủy phân ở nhiệt độ 800C trong 3 giờ. Mẫu thủy phân đƣợc đậy kín, khuấy trộn trong vòng 2 phút đến khi đều. Mẫu đƣợc lọc qua nhiều lớp vải thô sau đó đem đi định mức 100ml để đánh giá hiệu suất thủy phân.  Ở đây việc không xác định lại thông số kĩ thuật của thời gian hồ hóa vì dựa trên các tài liệu đã tham khảo từ những bài báo cáo và các nghiên cứu trƣớc đây thì khoảng thời gian đều giao động 40±1 phút. Chính vì thế nên sẽ chọn luôn mốc thời gian này để làm thời gian cho quá trình hồ hóa bột gạo đen. 49
ĐATN: Nghiên cứu đề xuất quy trình chế biến sữa gạo từ gạo đen hữu cơ 2.2.2.2. Thí nghiệm 2: Xác định các thông số kỹ thuật của quá trình thủy phân Bƣớc 1: Xác định nhiệt độ thích hợp cho quá trình thủy phân. Gạo nghiền mịn < 0.025mm Tỉ lệ gạo/nƣớc: 1/10(w/w), nhiệt độ hồ Hồ hóa hóa đƣợc xác định ở thí nghiệm 1 Làm nguội đến t0 thủy phân Thời gian: 3 giờ Thủy phân Nồng độ Enzyme: 0,2% 0 0 0 700C 80 C 90 C 100 C Dịch thủy phân Lọc Xác định hiệu Xác định hàm Xác định hàm Xác định hàm suất thủy phân lƣợng lƣợng chất khô lƣợng đƣờng Anthocyanin khử Chọn nhiệt độ thủy phân 50
ĐATN: Nghiên cứu đề xuất quy trình chế biến sữa gạo từ gạo đen hữu cơ Tiến hành: Nguyên liệu nghiền mịn với kích thƣớc < 0.025mm. Nguyên liệu đem đi cân với tỉ lệ gạo/nƣớc 1:10 bằng cân phân tích và đƣợc đem đi hồ hóa ở nhiệt độ, thời gian đã đƣợc xác định ở thí nghiệm 1. Sau đó khối bột gạo sau khi hồ hóa sẽ đƣợc làm nguội đến 600C và mang đi cân bằng cân phân tích để cố định lƣợng bột gạo đem đi thủy phân. Mẫu đƣợc làm nguội, bổ sung nồng độ enzyme 0.2%. Thủy phân ở 4 mức nhiệt độ 700- 800C- 900C-1000C trong vòng 3 giờ. Mẫu đƣợc đậy kín và khuấy trộn trong vòng 2 phút đến khi đều, thời gian cách nhau 15 phút cho 1 lần khuấy. Dịch sau thủy phân đƣợc lọc qua vải thô và đem đi định mức 100ml đo các chỉ tiêu đánh giá để chọn nhiệt độ thủy phân thích hợp. Bƣớc 2: Xác định nồng độ enzyme thích hợp cho quá trình thủy phân. Gạo nghiền mịn < 0.025mm Tỉ lệ gạo/nƣớc: 1/10(w/w) , nhiệt Hồ hóa độ đƣợc xác định ở thí nghiệm 1 Làm nguội đến 800C Thời gian: 3 giờ Thủy phân ở các nồng Nhiệt độ đƣợc độ enzyme xác định: 800C 0.15% 0.2% 0.25% 0.3% Dịch thủy phân Lọc, định mức Xác định Xác định Xác định độ Xác định hiệu suất hàm lƣợng Brix hàm lƣợng thủy phân Anthocyanin đƣờng khử 51 Chọn nồng độ enzyme thích
ĐATN: Nghiên cứu đề xuất quy trình chế biến sữa gạo từ gạo đen hữu cơ Tiến hành: Nguyên liệu nghiền mịn với kích thƣớc < 0.025mm. Nguyên liệu đem đi cân với tỉ lệ gạo/nƣớc: 1/10 bằng cân phân tích và đƣợc đem đi hồ hóa ở nhiệt độ, thời gian đã đƣợc xác định ở thí nghiệm 1. Sau đó khối bột gạo sau khi hồ hóa sẽ đƣợc làm nguội đến 600C và mang đi cân bằng cân phân tích để cố định lƣợng bột gạo đem đi thủy phân. Mẫu đƣợc làm nguội đến 600C, bổ sung các nồng độ enzyme 0.15% - 0.2%- 0.25%- 0.3%. Thủy phân ở nhiệt độ đã đƣợc xác định ở bƣớc 1 thí nghiệm 2 trong vòng 3 giờ. Mẫu đƣợc đậy kín và khuấy trộn trong vòng 2 phút đến khi đều, thời gian cách nhau 15 phút cho 1 lần khuấy. Dịch sau thủy phân đƣợc lọc bằng nhiều lớp vải thô và đem đi định mức 100ml đo các chỉ tiêu đánh giá để chọn nhiệt độ thủy phân thích hợp. 52
ĐATN: Nghiên cứu đề xuất quy trình chế biến sữa gạo từ gạo đen hữu cơ Bƣớc 3: Xác định thời gian thủy phân (giờ) thích hợp cho quá trình thủy phân. Gạo nghiền mịn < 0.025mm Tỉ lệ gạo/nƣớc: 1/10(w/w), nhiệt độ, thời gian đƣợc Hồ hóa xác định ở thí nghiệm 1 0 Làm nguội đến 80 C Thủy phân ở các mốc Nồng độ và nhiệt độ đƣợc xác định ở thời gian bƣớc 1 và 2 2.5h 3h 3.5h 4h Dịch thủy phân Lọc Xác định hiệu Xác định hàm Xác định hàm Xác định hàm suất thủy lƣợng lƣợng chất lƣợng đƣờng phân Anthocyanin khô khử Chọn thời gian thủy phân thích hợp Tiến hành: 53
ĐATN: Nghiên cứu đề xuất quy trình chế biến sữa gạo từ gạo đen hữu cơ Nguyên liệu nghiền mịn với kích thƣớc < 0.025mm. Nguyên liệu đem đi cân với tỉ lệ gạo/nƣớc: 1/10 bằng cân phân tích và đƣợc đem đi hồ hóa ở nhiệt độ, thời gian đã đƣợc xác định ở thí nghiệm 1. Mẫu đƣợc làm nguội đến 600C và mang đi cân bằng cân phân tích để cố định khối lƣợng mẫu đem đi thủy phân, bổ sung nồng độ enzyme đã đƣợc xác định ở bƣớc 2 thí nghiệm 2. Thủy phân ở nhiệt độ đã đƣợc xác định ở bƣớc 1 thí nghiệm 2 trong thời gian 2.5h- 3h-3.5h- 4h. Mẫu đƣợc đậy kín và khuấy trộn trong vòng 2 phút, cách 15 phút cho mỗi lần khuấy đến khi mẫu đều. Dịch sau thủy phân đƣợc lọc qua nhiều lớp vải thô và đem đi định mức 100ml đo các chỉ tiêu đánh giá để chọn nhiệt độ thủy phân thích hợp. 54
ĐATN: Nghiên cứu đề xuất quy trình chế biến sữa gạo từ gạo đen hữu cơ Bƣớc 4: Xác định hàm lƣợng Xathangum bổ sung thêm vào sau khi thu nhận dịch thủy phân. Gạo đen nghiền mịn < 0.025mm Tỉ lệ gạo:nƣớc: 1:10( w/w) Hồ hóa Nhiệt độ: 90oC Thời gian : 40 phút Làm nguội đến 800C Nồng độ enzyme 0.2% Thủy phân Nhiệt độ 80oC Thời gian 3 giờ Lọc Phối chế( Xathangum) 1% 2% 3% 4% Đo độ Brix của sản phẩm Khảo sát mức độ ƣa thích của ngƣời tiêu dùng Tiến hành: 55
ĐATN: Nghiên cứu đề xuất quy trình chế biến sữa gạo từ gạo đen hữu cơ Nguyên liệu nghiền mịn với kích thƣớc < 0.025mm. Nguyên liệu đem đi cân với tỉ lệ gạo/nƣớc: 1/10 bằng cân phân tích và đƣợc đem đi hồ hóa ở nhiệt độ, thời gian đã đƣợc xác định ở thí nghiệm 1. Mẫu đƣợc làm nguội đến 600C sau đó mang đi cân bằng cân phân tích để cố định lƣợng mẫu đem đi thủy phân, bổ sung nồng độ enzyme đã đƣợc xác định ở bƣớc 2 thí nghiệm 2. Thủy phân ở nhiệt độ đã đƣợc xác định ở bƣớc 1 thí nghiệm 2 .Mẫu đƣợc đậy kín và khuấy trộn trong vòng 2 phút, cách 15 phút một lần đến khi mẫu đều. Dịch sau thủy phân đƣợc lọc qua nhiều lớp vải thôđƣợc bổ sung xathangum hàm lƣợng từ 1%- 2%- 3%- 4%. Sau đó đo độ Brix của từng tỉ lệ xathangum và mang đi đánh giá cảm quan để chọn ra mức độ đƣợc ƣa thích nhất. 2.3. Các phƣơng pháp phân tích dùng trong nghiên cứu: Xác định DE (Dextrose equivalent) đƣợc xác định bằng công thức: (Nguồn: Dziedzic, SZ; Kearsley, MW (1995). Sổ tay của sản phẩm thủy phân tinh bột và dẫn xuất của chúng). Hàm lƣợng đƣờng khử đƣợc xác định bằng pp: Miller,1959;AOAC,2000. Hàm lƣợng chất khô đƣợc xác định bằng phƣơng pháp sấy đến khối lƣợng không đổi (TCVN 5533:1991). Hàm lƣợng tinh bột sót đƣợc xác định bằng pp: Dilek và Belma,2004. Hàm lƣợng anthocyanin đƣợc xác định theo phƣơng pháp pH vi sai.(Lee và ctv, 2005; AOAC 2005) Mỗi thí nghiệm sẽ đƣợc lăp lại 3 lần. 2.4. Phƣơng pháp xử lý số liệu: Sử dụng phần mềm Excel và STAGRAPHIC để tính toán, thống kê số liệu và vẽ biểu đồ. 56
ĐATN: Nghiên cứu đề xuất quy trình chế biến sữa gạo từ gạo đen hữu cơ CHƢƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 3.1. Xác định thông số của quá trình hồ hóa bột gạo đen: 3.1.1 Xác định nhiệt độ cho quá trình hồ hóa bột gạo đen: 3.1.1.1. Hiệu suất thủy phân của bột gạo đen khi hồ hóa ở các nhiệt độ khác nhau Sau khi hồ hóa bột gạo ở nhiệt độ 700C -800C -900C -1000C thì khối hồ hóa đƣợc thủy phân ở 800C với nồng độ enzyme là 0,2% trong thời gian 3 giờ. Dịch hồ hóa đƣợc đánh giá bằng hiệu suất thủy phân và hàm lƣợng đƣờng khử. Kết quả đƣợc thể hiện ở đồ thị hình 3.1. Đồ thị rõ ràng đã cho ta thấy: 84 83 83.25 83.27 82 82.6 81 80 79 78.8 78 77 76 Hiệu suất thủy thủy phân(%) Hiệu suất 70 80 90 100 0 Nhiệt độ hồ hóa( C) Hình 3.1. Hiệu suất thủy phân của bột gạo đen khi hồ hóa ở nhiệt độ khác nhau Tại nhiệt độ 700C hiệu suất thủy phân bắt đầu tăng và tăng rất tốt khi nhiệt độ hồ hóa tiếp tục tăng lên 800C, 900C. Bên cạnh đó HSTP đang đạt đƣợc ở mức khá cao 78.83% ở 700C và 83.27% ở 900C. Có thể giải thích nhƣ sau: Do trong gạo thành phần amylose > amylosepectin nên cần một thời gian đủ dài giúp các hạt tinh bột có thể hút nƣớc trƣơng nở. Và khoảng thời gian mà ta nâng nhiệt từ 700C đến 900C đang là khoảng thời gian thích hợp. Khi các hạt tinh bột có thể đƣợc hồ hóa hút nƣớc trƣơng nở một cách tốt nhất thì enzyme sẽ sử dụng cơ chất (tinh bột) một cách rất dễ dàng làm cho hiệu suất thủy phân tăng nhanh ở nhiệt độ 700C. Nhiệt độ hồ hóa của tinh bột phụ thuộc vào hàm lƣợng amylose, amylosepectin và kích thƣớc hạt. Điều này có nghĩa là mỗi loại tinh bột thì sẽ có một nhiệt độ hồ 57
ĐATN: Nghiên cứu đề xuất quy trình chế biến sữa gạo từ gạo đen hữu cơ hóa khác nhau ( Hoàng Kim Anh,2007). Một ví dụ minh chứng rằng: ở hình 3.1 hiệu suất thủy phân ở nhiệt độ 900C với thời gian 40 phút đạt giá trị cao tại 83,27% so với các nhiệt độ còn lại đồng nghĩa với việc các hạt tinh bột đang đƣợc hồ hóa một cách tốt nhất, đang dần hình thành nên hệ gel trong khối bột làm cho cấu trúc của các hạt tinh bột trở nên mềm hơn ban đầu khi chƣa gia nhiệt. Do đó, khi khối bột đƣợc hồ hóa thì enzyme sẽ sử dụng một cách dễ dàng hơn nên hiệu suất thủy phân đạt đƣợc cao nhất. Ở hình 3.1 đã thể hiện, khi tiếp tục tăng nhiệt độ lên 1000Cvà đã cố định mọi yếu tố nhƣ thời gian thủy phân, nồng độ enzyme và các điều kiện bên ngoài (mẫu đƣợc đậy kín, khuấy trộn) thì lúc này hiệu suất thủy phân lại có xu hƣớng chững lại và không tăng nữa vì Cơ bản hạt tinh bột có cấu trúc gồm nhiều mạch amylose và amylose pectin, trong quá trình hồ hóa, nƣớc sẽ chui vào trong hạt tinh bột, làm hạt tinh bột này trƣơng nở từ đó kéo giãn khoảng cách giữa các mạch amylose, amylosepectin. Tuy nhiên đến một giới hạn nào đó thì khả năng hút nƣớc, trƣơng nở đã cực đại. Nƣớc đã không thể nào chui vào hạt tinh bột đƣợc nữa. Ở nhiệt độ 1000C enzyme bị biến tính, vì bản chất enzyme cũng là protein, mất khả năng hoạt động, làm hiệu suất thủy phân không tăng cũng không giảm. 3.1.1.2. Hàm lƣợng đƣờng khử của bột gạo đen khi hồ hóa ở các nhiệt độ khác nhau Bên cạnh đó đồ thị hình 3.2 còn thể hiện sự thay đổi của hàm lƣợng đƣờng khử khi ta thay đổi nhiệt độ hồ hóa của khối bột gạo. Cụ thể nhƣ sau: Tại nhiệt độ 700C đến 900C hàm lƣợng đƣờng khử đƣợc sản sinh ra khá tốt và tăng tỷ lệ thuận với nhiệt độ hồ hóa từ 42.76% ở 700C lên đến 64.15% ở 900C . Và hàm lƣợng này đang nằm trong mức cao. Điều này đƣợc lý giải rằng: 58
ĐATN: Nghiên cứu đề xuất quy trình chế biến sữa gạo từ gạo đen hữu cơ 70 64.14 60 64.15 59.83 50 42.7 40 30 20 10 0 Hàm lượng đường khử(mg/g) lượng đường Hàm 70 80 90 100 Nhiệt độ hồ hóa(0C) Hình 3.2. Hàm lƣợng đƣờng khử của bột gạo đen khi hồ hóa ở các nhiệt độ khác nhau Hiệu suất thủy phân đang đạt đƣợc rất tốt từ đó kéo theo việc enzyme hoạt động ở mức tối ƣu, dẫn đến enzyme sẽ chuyển hóa các amylose và amylose pectin thành mantose, glucose và dextrin đƣợc nhiều nhất. Hàm lƣợng đƣờng khử sinh ra trong sản phẩm cũng sẽ nhiều nhất. Điều này đang là điều đƣợc mong muốn vì dƣờng nhƣ ngƣời tiêu dùng sẽ có hứng thú rất nhiều với vị ngọt tự nhiên đƣợc sinh ra trong quá trình chế biến. Lƣợng đƣờng khử này sinh ra sẽ mang lại cho sản phẩm vị ngọt thanh, dễ chịu và an toàn cho sức khỏe của ngƣời sử dụng. Tại nhiệt độ 1000C đồ thị lại cho thấy hàm lƣợng đƣờng khử không thay đổi điều này cũng đồng nghĩa với việc: Enzyme amylase sẽ thủy phân mạch amylose và amylose pectin tại vị trí α-1,4- glycosie, khi tăng nhiệt độ lên cao, thời gian cũng dài ra thì các vị trí này đã không còn nhiều nhƣ lúc ban đầu để enzyme có thể thực hiện nhiệm vụ phân giải. Giải thích tƣơng tự nhƣ hiệu suất thủy phân. Đến nhiệt độ 1000C enzyme bị biến tính vì bản chất enzyme cũng là protein, mất hoạt lực.Điều tất yếu phải xảy ra đó là hàm lƣợng đƣờng khử cũng sẽ không thay đổi cho dù có tăng nhiệt độ. Kết luận: Quá trình hồ hóa từ gạo đen hữu cơ nên thực hiện ở nhiệt độ 90±20C trong vòng 40 phút với tỷ lệ gạo nước: 1/10 (w/w) để bột gạo hút nước trương nở tốt và đạt được hiệu suất thủy phân cao. 59