Khảo sát các yếu tố ảnh hưởng đến chất lượng của gạo mầm từ gạo lứt nương đỏ tây nguyên điều kiện khảo sát t 25oc

TỔNG QUAN

Nguyên liệu

Lúa nương đóng vai trò thiết yếu trong việc đảm bảo an ninh lương thực cho cộng đồng dân tộc thiểu số tại các huyện miền núi, đặc biệt là ở những vùng cao, sâu và xa Đây là phương thức canh tác truyền thống của người dân Tây Nguyên, với diện tích trồng lúa nương ước tính khoảng 24.970 ha trong khu vực này.

Lúa nương, một giống lúa truyền thống, được trồng chủ yếu ở vùng Tây Nguyên và miền núi phía Bắc với tổng diện tích khoảng 104.200 ha, chiếm 28,5% diện tích đất trồng cây hàng năm Năng suất đạt 11,7 tạ/ha vào năm 2013, lúa nương có khả năng chịu đựng khí hậu khắc nghiệt và được trồng theo phương pháp truyền thống mà không sử dụng thuốc bảo vệ thực vật, do đó được coi là sản phẩm nông nghiệp xanh và sạch Trong quá trình sinh trưởng, cây lúa vượt qua các điều kiện thời tiết khắc nghiệt, hấp thụ dương khí từ đất trời, trở thành nguyên liệu lý tưởng cho chế độ dinh dưỡng hàng ngày và sản phẩm thực phẩm chức năng.

Gạo nương đỏ hạt tròn từ lâu đã là nguyên liệu quý giá trong ẩm thực của đồng bào dân tộc Tây Nguyên, nhưng vẫn chưa được nghiên cứu đầy đủ Với cấu trúc cứng chắc, loại gạo này chưa đáp ứng được nhu cầu của người tiêu dùng Phương pháp nảy mầm không chỉ làm tăng các hợp chất sinh học có giá trị mà còn giúp hạt gạo trở nên xốp hơn, dự đoán rằng gạo mầm sẽ có giá trị dinh dưỡng cao hơn và dễ chế biến hơn Nghiên cứu này sẽ làm sáng tỏ giá trị dinh dưỡng và khả năng sử dụng của gạo nương đỏ, khuyến khích đồng bào mở rộng diện tích gieo trồng.

Bảng 1.1 Sự phân bố chất dinh dưỡng trong hạt gạo

(Nguồn: Bureau of Science and Technology, 1963)

Gạo lứt là loại gạo chỉ được loại bỏ lớp vỏ trấu, còn giữ lại lớp cám bên ngoài, chứa nhiều dưỡng chất quan trọng như vitamin E, B1, B3, B6, magiê, mangan, chất xơ và sắt Nếu loại bỏ lớp cám này, chúng ta sẽ có gạo trắng, loại gạo thường dùng hàng ngày Việc tiêu thụ gạo lứt mang lại nhiều lợi ích cho sức khỏe nhờ vào hàm lượng dinh dưỡng phong phú của nó.

Brown rice comes in three varieties: long grain brown rice, short grain brown rice, and sweet brown rice.

Gạo được phân loại theo bề dài của hạt gạo :

Gạo ngắn < 5,5 mm Gạo trung bình 5,5 – 6 mm

Gạo lứt có chiều dài vượt quá 6,5 mm và là một nguồn dinh dưỡng tuyệt vời, nên nên được bổ sung vào bữa ăn hàng ngày Mặc dù thời gian nấu gạo lứt kéo dài khoảng 45 phút, việc nấu một lần cho cả tuần sẽ tiết kiệm thời gian đáng kể So với gạo trắng, gạo lứt cung cấp nhiều dinh dưỡng hơn, và đặc biệt, khi được ngâm trong nước ấm khoảng 22 giờ, hàm lượng dinh dưỡng càng gia tăng do gạo lứt ở trạng thái nẩy mầm Theo nghiên cứu của giáo sư Hiroshi Kayahara từ Đại học Shinshu, quá trình ngâm này kích thích các enzyme trong hạt gạo hoạt động, giúp tối đa hóa lượng chất dinh dưỡng có sẵn.

Mầm gạo lứt chứa nhiều chất xơ, vitamin và khoáng chất hơn gạo lứt chưa ngâm nước Nghiên cứu của Kayahara cho thấy gạo lứt ngâm nước có lượng lysine gấp ba lần, cần thiết cho sự phát triển và duy trì tế bào cơ thể, và chứa mười lần lượng gamma-aminobutyric acid, giúp bảo vệ thận Ngoài ra, mầm gạo lứt còn chứa enzyme ngăn chặn prolylendopeptidase, điều hòa hoạt động não bộ Gạo lứt nảy mầm không chỉ cung cấp nhiều dinh dưỡng mà còn dễ nấu và mang lại hương vị ngọt nhẹ nhờ sự tác động của enzyme lên đường và đạm trong hạt.

Gạo lứt là một loại thực phẩm bổ dưỡng hơn gạo trắng, nhưng khó tiêu hơn do lớp cám chứa nhiều cellulose cứng Thời gian bảo quản gạo lứt khoảng 4 – 5 tháng; nếu để lâu, lipid trong lớp cám sẽ bị oxi hóa, gây mùi khó chịu và không thể sử dụng Do đó, nên bảo quản gạo ở nơi thoáng mát để giữ được chất lượng.

1.1.2 Cấu tạo của hạt thóc

Hình 1.2 Cấu tạo của hạt thóc

Hạt thóc có cấu tạo gồm những phần chính là: mày thóc, lớp vỏ, lớp aleurone, nội nhũ và phôi

Mày thóc có độ dài không vượt quá 1/3 chiều dài vỏ trấu, tùy thuộc vào loại thóc và điều kiện canh tác Mày thóc thường có màu vàng nhạt hơn vỏ trấu và nổi rõ những đường gân Đối với các loại hạt to bầu, mày thóc luôn rộng hơn các loại thóc có hạt thon dài Trong quá trình bảo quản, sự cọ xát giữa các hạt thóc khiến phần lớn mày thóc rụng ra, làm tăng lượng tạp chất trong khối thóc.

Vỏ hạt đóng vai trò quan trọng trong việc bảo vệ phôi và nội nhũ khỏi các tác động cơ học từ môi trường bên ngoài Vỏ hạt thường được chia thành ba lớp chính: vỏ trấu, vỏ quả và vỏ hạt.

Vỏ trấu đóng vai trò quan trọng trong việc bảo vệ hạt thóc khỏi các tác động tiêu cực của môi trường như nhiệt độ và độ ẩm, cũng như sự tấn công của vi sinh vật như côn trùng và nấm mốc Bề mặt vỏ trấu có các đường gân và lông ráp xù xì, tạo nên cấu trúc đặc trưng Độ dày của vỏ trấu thường dao động từ 0,12 đến 0,15mm và chiếm khoảng 18-20% khối lượng tổng thể của hạt thóc, tùy thuộc vào giống lúa.

Gồm các lớp tế bào biểu bì, vỏ quả ngoài, vỏ quả giữa và vỏ quả trong:

- Biểu bì ở ngoài cùng gồm các tế bào nhỏ

- Lớp vỏ quả ngoài gồm 2 – 3 dãy tế bào dài hướng dọc theo hạt

Lớp vỏ quả giữa bao gồm các tế bào dài nằm ngang hạt Ở hạt chín, lớp tế bào này trở nên trống rỗng, trong khi hạt xanh chứa nhiều hạt diệp lục tố, tạo nên màu xanh đặc trưng.

Lớp vỏ quả trong của hạt được cấu tạo từ các tế bào hình ống sắp xếp theo chiều dọc, thường liên kết không bền với vỏ hạt Thành phần của lớp vỏ quả bao gồm cellulose, pentosan, pectin và khoáng chất Đặc biệt, độ dày của lớp tế bào vỏ quả không đồng nhất trong cùng một hạt, với lớp vỏ gần phôi mỏng nhất.

Là lớp vỏ mỏng bao bọc nội nhũ, có màu trắng đục hay vỏ cua Gồm hai lớp tế bào:

- Lớp ngoài chứa tế bào hình chữ nhật nhỏ, có chứa các sắc tố thuộc nhóm flavon

Lớp vỏ hạt gạo chứa các tế bào không đều, xốp, cho phép độ ẩm dễ dàng thẩm thấu Độ dày của lớp vỏ này phụ thuộc vào giống lúa và mức độ chín của thóc, với khối lượng trung bình chiếm từ 1% đến 2,5% tổng khối lượng hạt gạo.

Có cấu tạo chủ yếu là protid (35 – 45%), lipid (8 – 9%), vitamin và tro (11 – 14%), đường (6 - 8%), cellulose (7 – 10%), pentozane (15 - 17%)

Khi lớp vỏ hạt, chủ yếu là aleurone, bị xay xát thành cám, nếu cám còn sót lại nhiều trong gạo, sẽ dễ dẫn đến hiện tượng oxy hóa trong quá trình bảo quản Điều này gây ra tình trạng gạo bị chua với độ acid cao và ôi khét do lipid bị oxy hóa.

Nội nhũ là phần chính của hạt thóc Trong nội nhũ chủ yếu là glucid, chiếm tới 90%, trong khi đó trong toàn hạt gạo glucid chỉ chiếm khoảng 75%

Gạo mầm

Gạo mầm, được sản xuất từ gạo lứt nguyên phôi, lần đầu tiên xuất hiện tại Nhật Bản vào năm 1995 và ngày càng trở nên phổ biến toàn cầu Tại Việt Nam, nghiên cứu gần đây đã chứng minh rằng việc nảy mầm gạo lứt trong điều kiện thích hợp sẽ tạo ra nhiều chất dinh dưỡng quan trọng, bao gồm gamma amino butyric acid (GABA), vitamin E, niacin, vitamin B1, B6 và các chất chống oxy hóa với hàm lượng cao hơn so với gạo lứt thông thường.

Gạo mầm chứa hàm lượng Gaba cao, mang lại nhiều lợi ích cho sức khỏe như cân bằng huyết áp, giảm cholesterol xấu, ổn định đường huyết, và giảm căng thẳng thần kinh Ngoài ra, gạo mầm còn bổ sung calcium giúp ngăn ngừa loãng xương và cung cấp chất xơ, tốt cho hệ tiêu hóa và chống táo bón Tóm lại, gạo mầm là nguồn thực phẩm quan trọng giúp bảo vệ sức khỏe.

Gạo mầm được hình thành từ quá trình ngâm nước và nảy mầm của gạo lứt trong điều kiện nhiệt độ và thời gian thích hợp, giúp tăng cường hoạt tính enzyme Sản phẩm gạo mầm không chỉ mang lại giá trị dinh dưỡng cao mà còn là một lựa chọn bổ sung dinh dưỡng lý tưởng cho sức khỏe Việc sản xuất gạo mầm nhằm mục tiêu nâng cao giá trị dinh dưỡng, mang lại lợi ích cho người tiêu dùng.

Quá trình nảy mầm cải thiện chất lượng gạo nhờ vào các yếu tố bên ngoài như thời gian, ánh sáng và hàm lượng chất dinh dưỡng trong hạt Khi nảy mầm, enzyme nội bào hoạt động, phân cắt protein và tinh bột thành các chất có khối lượng phân tử nhỏ, giúp dễ dàng tiêu hóa hơn Tinh bột được thủy phân bởi enzyme amylase thành đường đơn, cải thiện khả năng tiêu hóa Ngoài ra, nảy mầm còn làm tăng hàm lượng GABA, chất xơ, tocotrienols và Gamma oryzanol, mang lại nhiều lợi ích dinh dưỡng cho gạo.

Gạo mầm, theo nghiên cứu của P Dinesh và cộng sự (2009), là loại gạo tiên tiến với giá trị dinh dưỡng cao, chứa vitamin, khoáng chất và các dưỡng chất cần thiết cho cơ thể nhằm chống lại bệnh tật, lão hóa và tăng cường sức khỏe Với chỉ số glyceride thấp, gạo mầm giúp kiểm soát lượng đường trong máu, rất có lợi cho bệnh nhân tiểu đường và những người muốn quản lý cân nặng Ngoài ra, gạo mầm còn là nguồn cung cấp magie dồi dào, giúp giảm triệu chứng của bệnh hen suyễn, huyết áp cao, đau nửa đầu, bệnh tim và đột quỵ.

Bảng 1.14 Thành phần dinh dưỡng trong 1kg gạo mầm cung cấp cho sức khỏe

GABA (Gamma aminobutyric acid) 120 – 200mg

Chỉ số đường huyết GI (%) 58 ± 4,3 (so với glucose)

(Nguồn: aophuongnam.vn/niem-tin-o-khach-hang-va-chat-luong-o-chung-toi)

1.2.2 Giá trị dinh dưỡng của gạo mầm

Gạo mầm có 5 tác dụng chính là :

 Tác dụng của gạo mầm làm ổn định đường huyết cho người bệnh tiểu đường

Gạo mầm có chỉ số đường huyết thấp hơn gạo trắng và gạo lứt, giúp người bị tiểu đường không bị tăng huyết áp sau khi ăn Nhờ tác dụng kép, gạo mầm tối ưu hóa hoạt tính insulin và giảm cholesterol xấu trong máu, hỗ trợ hiệu quả cho người cao huyết áp.

 Tác dụng tốt cho hệ thần kinh

Chất Gaba đóng vai trò quan trọng trong việc ức chế sự lan truyền của các tế bào dẫn truyền thái quá, giúp giảm hoạt động của các neuron thần kinh Nhờ đó, khả năng hoạt động của não được cải thiện, hỗ trợ giấc ngủ ngon, giảm căng thẳng và ngăn ngừa chứng mất trí nhớ ở người cao tuổi, đặc biệt là bệnh Alzheimer.

 Chống loãng xương một cách tự nhiên

Hàm lượng canxi trong sản phẩm này cao gấp 1,5 lần so với gạo lứt, giúp hỗ trợ hệ thần kinh giao cảm nhờ vào canxi ở dạng dễ hấp thụ.

 Chống béo phì, giảm cân, ngăn ngừa lão hóa

Gạo mầm Vibiagaba chứa Gaba, giúp kích thích quá trình tổng hợp hormone tăng trưởng (HGH) qua cơ chế sinh học, từ đó ngăn ngừa béo phì và lão hóa tế bào hiệu quả.

 Tốt cho hệ tiêu hóa

Gạo mầm chứa hàm lượng chất xơ cao, giúp ngăn ngừa táo bón và đầy hơi, đặc biệt có lợi cho hệ tiêu hóa của người lớn tuổi.

Gạo mầm Vibigaba là lựa chọn tuyệt vời cho sức khỏe, đặc biệt là cho người già, người bệnh cần phục hồi hoặc những ai mắc bệnh mãn tính như tiểu đường, cao huyết áp, mỡ máu Ngoài ra, sản phẩm này cũng hỗ trợ hiệu quả cho những ai muốn giảm cân và giảm căng thẳng.

Hình 1.4 Công thức hóa học của GABA

GABA, hay γ-aminobutyric acid, là một loại acid amin quan trọng, đóng vai trò như chất dẫn truyền thần kinh Chất dẫn truyền thần kinh giúp truyền tín hiệu qua các khe synap, giữ cho các tế bào thần kinh liên lạc với nhau Synap là khu vực nơi các xung thần kinh được truyền tải đến tận cùng sợi trục.

Vào năm 1883, GABA lần đầu tiên được tổng hợp và chỉ được biết đến như một sản phẩm của quá trình trao đổi chất từ thực vật và vi sinh vật Đến năm 1950, GABA được phát hiện là một thành phần quan trọng trong hệ thần kinh trung ương của động vật có vú.

GABA, được sản sinh từ glutamic acid trong não, đóng vai trò quan trọng trong việc duy trì hoạt động bình thường của não bộ, đặc biệt là các neuron thần kinh Chức năng chính của GABA là giảm bớt hoạt động của các neuron và ức chế sự lan truyền của các tế bào dẫn truyền Kết hợp với niacinamide và inositol, GABA giúp ngăn chặn các tín hiệu căng thẳng và lo âu đến hệ thần kinh trung ương bằng cách chiếm giữ các vùng tiếp nhận tin của tế bào, từ đó kiểm soát các phản ứng thần kinh.

GABA trong gạo mầm được tích lũy với mức độ khác nhau phụ thuộc vào nhiều yếu tố, bao gồm giống lúa, thời gian ngâm, phương pháp xử lý khí, áp suất trong quá trình xao và nhiệt độ ngâm.

1.2.3.2 Vai trò của GABA đối với con người

Một số nghiên cứu gần đâu cho thấy GABA đóng vai trò quan trọng đối với sức khỏe của con người GABA ngăn chặn bệnh Alzheimer’s (Ito và Ishikawa,

2004), làm giảm bệnh huyết áp cao (Elliott và Hobbiger, 1959; Chung và cộng sự,

Quá trình nảy mầm

Nảy mầm là quá trình phát triển của phôi bên trong hạt, bắt đầu bằng việc hạt gạo khô hấp thu nước Quá trình này dẫn đến sự phát triển của phôi và hình thành rễ mầm, qua đó tạo ra cây con.

Hạt gạo khô chứa nước liên kết, và khi nước từ bên ngoài thấm vào, nó hòa tan các chất dự trữ và kích hoạt enzyme để phân giải hợp chất cao phân tử thành các chất đơn giản, hỗ trợ sự phát triển của phôi Phôi là bộ phận hút nước mạnh nhất, với tốc độ hút nước cao ở giai đoạn đầu do chênh lệch áp suất thẩm thấu lớn giữa môi trường bên ngoài và tế bào bên trong hạt Các chất keo háo nước cũng nở mạnh, nhưng sức hút nước giảm dần theo thời gian (Nguyễn Đức Lượng và cộng sự, 2004).

Quá trình nảy mầm của hạt phụ thuộc vào cả điều kiện bên trong và bên ngoài Thời gian sống sót của hạt giống khác nhau tùy thuộc vào điều kiện tồn trữ và loại hạt giống Để hạt gạo nảy mầm, cần cung cấp môi trường thuận lợi với đủ nước, nhiệt độ thích hợp, thành phần không khí trong khí quyển và ánh sáng.

Hình 1.5 Quy trình thực hiện

1.3.3 Các biến đổi xảy ra trong quá trình nảy mầm

1.3.3.1 Biến đổi sinh hóa: Đặc trưng nhất của biến đổi sinh hóa trong khi nảy mầm là sự tăng đột ngột hoạt động thủy phân xảy ra trong hạt Các hợp chất dự trữ dưới dạng các polymer bị phân giải thành các monome phục vụ cho sự nảy mầm Chính vì vậy mà các enzyme thủy phân , đặc biệt là α-amylase được tổng hợp mạnh và hoạt tính cũng được tăng lên nhanh khi hạt phát động sinh trưởng Kết quả là tinh bột bị thủy phân

Sản phẩm từ đường là nguyên liệu quan trọng cho quá trình hô hấp, trong khi hoạt tính protease tăng cường mạnh mẽ Ngoài ra, hạt chứa nhiều chất béo cho thấy hoạt tính lipase vượt trội.

Quá trình nảy mầm của hạt được đặc trưng bởi sự tăng cường hô hấp Ngay khi hạt hấp thụ nước, hoạt động của các enzyme liên quan đến hô hấp gia tăng đáng kể, dẫn đến cường độ hô hấp của hạt tăng nhanh chóng Sự gia tăng này cung cấp năng lượng cần thiết cho sự phát triển của cây trong giai đoạn nảy mầm (Nguyễn Đức Lượng và cộng sự, 2004).

1.3.4 Các giai đoạn của quá trình nảy mầm

 Giai đoạn một: Sự hoạt hóa

Sự hút ẩm là quá trình vật lý trong đó hạt khô hấp thu nước, làm tăng hàm lượng nước và làm mềm vỏ hạt Khi hạt trương lên, vỏ hạt sẽ bị nứt ra Quá trình tổng hợp enzyme và hoạt động của chúng bắt đầu chỉ sau vài giờ hấp thu nước, bao gồm cả việc tái hoạt hóa các enzyme dự trữ từ sự phát triển của phôi và sự tổng hợp các enzyme mới khi hạt bắt đầu nảy mầm.

 Giai đoạn hai: Sự phân giải các chất dự trữ và vận chuyển

Các chất dự trữ như chất béo, protein và hợp chất carbon sẽ được thủy phân thành các hợp chất hữu cơ đơn giản, sau đó được vận chuyển đến các vị trí tăng trưởng của trục phôi.

Khi nảy mầm, các hoạt động sinh tổng hợp trong tế bào được kích hoạt, dẫn đến sự hấp thu nước và hô hấp diễn ra liên tục và đều đặn Hiện tượng này cũng đi kèm với sự biến đổi về màu sắc và thành phần hóa học của hạt thóc.

Hàm lượng tinh bột giảm đáng kể

Hàm lượng đường tăng cao

Enzyme amylase phát triển mạnh

 Giai đoạn ba: Sự tăng trưởng của cây mầm

Sự phân chia tế bào diễn ra ở hai đầu của trục phôi, với một đầu phát triển thành chồi mầm và đầu kia thành rễ mầm, trên trục phôi có một hoặc hai lá mầm gọi là tử diệp Khi mầm bắt đầu phát triển, trọng lượng tươi và khô của cây mầm tăng lên trong khi trọng lượng mỡ dự trữ giảm (Nguyễn Đức Lượng và cộng sự, 2004).

1.3.5 Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình nảy mầm Độ ẩm

Nước là yếu tố quan trọng cho quá trình nảy mầm của hạt gạo, vì hạt cần hút nước để bắt đầu quá trình này Khi ngâm, độ ẩm tăng lên sẽ kích thích hô hấp, tạo điều kiện thuận lợi cho sự nảy mầm nhanh chóng Trong giai đoạn ngủ nghỉ, hạt gạo có độ ẩm thấp và không có hoạt động trao đổi chất, do đó độ ẩm không phù hợp có thể ngăn cản sự nảy mầm hoàn toàn Hạt gạo thường nảy mầm tốt nhất ở độ ẩm khoảng 26,5% Tuy nhiên, nếu độ ẩm quá cao và kéo dài, sẽ tạo điều kiện cho vi sinh vật phát triển, dẫn đến giảm chất lượng sản phẩm.

Nhiệt độ ảnh hưởng lớn đến quá trình nảy mầm của hạt, với các giới hạn từ điểm tối thiểu, tối ưu đến tối đa Nhiệt độ tối ưu cho sự nảy mầm của gạo là từ 35-37°C, nơi hạt có tỷ lệ nảy mầm cao nhất trong thời gian ngắn nhất Mặc dù yêu cầu nhiệt độ có thể thay đổi ở các giai đoạn khác nhau của quá trình nảy mầm, nhưng ở điều kiện mát (25°C), gạo mầm lại tích lũy được hàm lượng dinh dưỡng cao, đặc biệt là GABA Bên cạnh đó, ánh sáng cũng đóng vai trò quan trọng trong sự phát triển của thực vật từ khi nảy mầm Quá trình nảy mầm thường bị ảnh hưởng bởi quang chu kỳ, với nhiều loại hạt không bị tác động bởi ánh sáng hay bóng tối Tuy nhiên, một số hạt giống, đặc biệt là từ các loài trong môi trường rừng, chỉ nảy mầm khi có đủ ánh sáng từ khoảng hở ở tầng tán.

Không khí bao gồm 20% oxy (O2), 0,03% carbon dioxide (CO2) và 80% nitơ (N2) Oxy là yếu tố quan trọng cho sự nảy mầm của hạt, trong khi mức CO2 cao hơn 0,03% có thể làm chậm quá trình này Ngược lại, nitơ không có tác động đến sự nảy mầm.

Trong quá trình nảy mầm, hô hấp tăng mạnh và là một quá trình oxi hóa cần thiết, đòi hỏi sự cung cấp oxy đầy đủ Nếu nồng độ oxy thấp, quá trình nảy mầm sẽ bị chậm lại.

Oxi đóng vai trò quan trọng trong quá trình hô hấp của phôi hạt; mặc dù gạo có thể nảy mầm trong môi trường thiếu oxi, nhưng sự phát triển của mầm sẽ yếu và không bình thường.

1.3.6 Các enzyme tham gia quá trình nảy mầm

Enzyme amylase

Amylase là enzyme phổ biến trong sinh vật, thuộc nhóm enzyme thủy phân, có chức năng xúc tác phân giải các liên kết nội phân tử trong polysaccharide bằng cách sử dụng nước.

Amylase là enzyme có khả năng thủy phân tinh bột, glycogen và dextrin thành glucose, maltose và dextrin hạn chế Enzyme này tồn tại trong nước bọt (còn gọi là ptyalin), dịch tiêu hóa của người và động vật, cũng như trong hạt nảy mầm, nấm sợi, xạ khuẩn, nấm men và vi khuẩn Đặc biệt, amylase trong malt có vai trò quan trọng trong việc chuyển đổi tinh bột lúa mạch thành disaccharide, tạo cơ chất cho quá trình lên men bởi nấm men.

Amylase là enzyme quan trọng được sử dụng phổ biến trong nhiều lĩnh vực, đặc biệt là trong ngành công nghiệp thực phẩm, y tế và các lĩnh vực kinh tế khác.

Có 6 loại enzyme amylse được xếp vào 2 nhóm: endoamylase (enzyme thủy phân ngay bên trong) và exoamylase (enzyme thủy phân từ bên ngoài vào)

Endoamylase bao gồm α-amylase và nhóm enzyme khử, được chia thành hai loại: khử trực tiếp với pullulanase (α-dextrin 6-glucoside) và khử gián tiếp với transglucoside (oligo-1,6-glucoside) cùng amylo-1,6-glucoside Các enzyme này có chức năng thủy phân các liên kết bên trong của chuỗi polysaccharide.

Exoamylase bao gồm β-amylase và γ-amylase, là những enzyme có khả năng thủy phân tinh bột từ đầu không khử của chuỗi polysaccharide (Nguyễn Đức Lượng và cộng sự, 2004) Enzyme amylase có tính tan tốt trong nước, dung dịch muối và rượu loãng.

Exoamylase Endoamylase β –amylase γ –amylase Enzyme khử nhánh α –amylase

Khử trực tiếp Khử gián tiếp α –dextrin 6-glucoside oligo-1,6-glucoside

Hình 1.6 Các loại enzyme endoamylase và exoamylase

1.4.2 Cơ chất của enzyme amylase

Tinh bột là một loại carbohydrate chính trong thực vật, chủ yếu có mặt ở các loại củ như khoai lang, khoai tây, khoai mì, cũng như trong hạt ngũ cốc và các loại hạt khác Công thức tổng quát của tinh bột là (C6H12O6)n, và nó được cấu tạo từ hai thành phần chính là amylose và amylopectin, với tỷ lệ 20-30% amylase và 70-80% amylopectin Trong thực vật, tinh bột đóng vai trò là nguồn dự trữ năng lượng quan trọng.

Amylose có trọng lượng phân tử 50.000 – 160.000, cấu tạo từ 200 – 1000 phân tử D-glucose nối với nhau bởi liên kết α-1,4-glucoside tạo thành một mạch xoắn dài không phân nhánh

Amylopectin là một polysaccharide có trọng lượng phân tử từ 400.000 đến hàng chục triệu Da, được cấu tạo từ 600 đến 6.000 phân tử D-glucose, liên kết với nhau qua các liên kết α-1,4-glucoside và α-1,6-glucoside, tạo thành một mạch nhánh phức tạp Tinh bột không hòa tan trong nước lạnh, nhưng khi được đun nóng trong khoảng 60 đến 85 độ C, nó sẽ trải qua quá trình hồ hóa, tạo thành hồ tinh bột.

Hình 1.7 Cấu tạo hóa học của amylose (a) và amylopectin (b)

Dưới tác động của enzyme amylase, tinh bột được thủy phân thông qua việc cắt đứt các liên kết glucoside Quá trình thủy phân này diễn ra ở hai mức độ: dịch hóa và đường hóa Kết quả của dịch hóa là sản phẩm trung gian dextrin, và khi dextrin tiếp tục được đường hóa, sản phẩm cuối cùng là maltose và glucose.

Carbohydrate là nguồn năng lượng thiết yếu cho cơ thể con người, có mặt trong hầu hết các loại thực phẩm Rau và quả cung cấp tinh bột, phần lớn trong số đó được chuyển hóa thành disaccharide và glucose Đường và tinh bột là những nguồn cung cấp carbohydrate chính trong chế độ ăn uống hàng ngày.

Glycogen là một loại carbohydrate dự trữ quan trọng trong cơ thể động vật, được lưu trữ chủ yếu ở gan và chuyển hóa từ từ để cung cấp năng lượng Amylase đóng vai trò thiết yếu trong quá trình chuyển hóa glucid ở tế bào động vật và vi sinh vật Cấu trúc glycogen bao gồm các phân tử glucose liên kết với nhau qua liên kết α-1,4-glycoside và α-1,6-glycoside tại các vị trí phân nhánh, giúp glycogen có số mạch nhiều hơn tinh bột và có phân tử lượng từ 2-3 triệu Da Glycogen dễ tan trong nước, và khi cơ thể tiêu thụ quá nhiều carbohydrate, chúng sẽ được chuyển hóa thành chất béo dự trữ.

VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

Địa điểm và thời gian thí nghiệm

2.1.1 Địa điểm và thời gian thí nghiệm Địa điểm: phòng thí nghiệm Công nghệ thực phẩm, khoa Công nghệ sinh học - Thực phẩm - Môi trường, trường Đại học Công nghệ thành phố Hồ Chí Minh

Thời gian: từ ngày 28 tháng 5 đến ngày 16 tháng 8 năm 2015

Giống lúa được chọn để thí nghiệm là lúa nương đỏ được lấy ở vùng cao Tây Nguyên

Phương tiện thí nghiệm

2.2.1 Dụng cụ - thiết bị thí nghiệm

- Dụng cụ thủy tinh dùng để phân tích

- Dung dịch acid 2-hydroxy-3,5-dinitribenzoic (DNS)

- Hỗn hợp CuSO 4 : K 2 SO4 theo tỉ lệ 1:3

Nội dung thí nghiệm

Các thí nghiệm sẽ được tiến hành theo sơ đồ quy trình sản xuất gạo mầm dự kiến

Hình 2.1 Sơ đồ sản xuất gạo mầm dự kiến

Khảo sát điều kiện ủ sáng 100%

Khảo sát điều kiện ủ tối 100%

Khảo sát điều kiện ủ tối 50%, sáng 50%

Làm sạch Làm sạch Làm sạch

- Xác định tỷ lệ nảy mầm

- Xác định độ dài mầm

- Xác định hoạt tính enzyme amylase

- Xác định hàm lượng đường khử

- Xác định hàm lượng protein

- Xác định tỷ lệ nảy mầm

- Xác định độ dài mầm

- Xác định hoạt tính enzyme amylase

- Xác định hàm lượng đường khử

- Xác định hàm lượng protein

- Xác định hàm lượng GABA

- Xác định tỷ lệ nảy mầm

- Xác định độ dài mầm

- Xác định hoạt tính enzyme amylase

- Xác định hàm lượng đường khử

- Xác định hàm lượng protein

- Xác định hàm lượng GABA

Khảo sát thời gian ngâm

Lúa nương đỏ được thu mua từ vùng cao Tây Nguyên, sau đó được bóc vỏ trấu để lấy gạo lứt nương đỏ Gạo này được bảo quản ở nơi thoáng mát, sẵn sàng cho quá trình thí nghiệm.

Các công đoạn trong sơ đồ nghiên cứu gạo mầm từ gạo lứt nương đỏ được tiến hành như sau: a Làm sạch

Mục đích: loại bỏ tạp chất, bụi bẩn và những bột cám vụn

Gạo lứt được rửa sạch với nước sạch ba lần, sau đó ngâm trong nước muối loãng (khoảng 0,9%) để khử trùng và ngăn chặn sự phát triển của vi sinh vật.

 Cuối cùng, rửa lại với nước đun sôi để nguội b Ngâm

Mục đích: để gạo hút nước đạt trạng thái bão hòa

 Ta chia gạo thành mẫu nhỏ (50g) đem đi ngâm để thuận tiện cho việc ủ và khảo sát các giá trị theo từng khoảng thời gian

Sau khi gạo đã ngâm đạt trạng thái bão hòa, chúng ta sẽ đổ gạo ra rổ để ráo nước Tiếp theo, tiến hành ủ gạo theo ba điều kiện khác nhau, mỗi điều kiện bao gồm 9 mẫu nhỏ (50g) với thời gian ủ lần lượt là 0, 18, 24, 30, 32, 34, 36, 38, và 40 giờ.

Để đạt điều kiện sáng 100% cho quá trình nảy mầm, sau khi chuẩn bị 9 mẫu gạo đã ngâm, hãy cho vào rổ nhỏ và phủ vải mùng ẩm lên bề mặt để tránh gạo bị khô Tiếp theo, ủ gạo trong phòng lạnh với nhiệt độ ổn định 25°C, đồng thời đặt ở nơi có ánh sáng mặt trời từ 6h sáng đến 18h tối Vào ban đêm, sử dụng đèn neon để duy trì ánh sáng từ 18h tối đến 6h sáng, đảm bảo điều kiện lý tưởng cho gạo nảy mầm.

Để đạt điều kiện ủ tối 100%, cần thực hiện giống như ủ trong điều kiện sáng 100% Cụ thể, ta sẽ ủ trong rổ và dùng vải mùng đã thấm nước để che phủ Quan trọng là phải thực hiện quá trình ủ trong một phòng kín, chỉ có một cửa ra vào và không có cửa sổ, nhằm đảm bảo không có ánh sáng chiếu vào, từ đó tối ưu hóa điều kiện ủ.

Để ủ gạo trong điều kiện tối 50% và sáng 50%, chúng ta thực hiện tương tự như hai điều kiện trước Đầu tiên, gạo được ủ trong phòng lạnh và tối, nhưng chỉ trong khoảng 18 giờ Sau đó, chuyển gạo sang khu vực có ánh sáng chiếu vào, ban ngày gạo sẽ hấp thụ ánh sáng mặt trời và ban đêm, chúng ta sử dụng đèn để đảm bảo gạo luôn được chiếu sáng.

Khi gạo đã nảy mầm đều và đạt độ dài mong muốn, ta kết thúc quá trình nảy mầm Tiếp theo, rửa gạo bằng nước đun sôi để nguội để làm sạch hạt gạo Sau đó, để gạo ráo nước hoàn toàn trước khi tiến hành sấy khô.

Mục đích: sấy gạo đến độ ẩm thích hợp (± 13%) để bảo quản

Quá trình sấy được thực hiện qua 2 giai đoạn:

 Đầu tiên, ta sấy gạo ở nhiệt độ 40 o C, thời gian khoảng 4 giờ

 Sau đó ta sấy ở nhiệt độ 60 o C và giữ nhiệt độ sấy này đến khi độ ẩm gạo đạt độ ẩm bảo quản (W = ± 13%)

Sau quá trình sấy, chúng tôi tiến hành thu thập tất cả các mẫu theo các thời gian và điều kiện ủ khác nhau để khảo sát hoạt độ enzyme amylase, hàm lượng protein, hàm lượng đường khử và hàm lượng GABA.

2.3.2 Phương pháp bố trí thí nghiệm

2.3.2.1 Thí nghiệm 1 Khảo sát thời gian ngâm thích hợp để gạo hút nước đạt trạng thái bão hòa a Mục đích

Xác định thời gian ngâm tối ưu để hạt đạt trạng thái bão hòa với 1 nhân tố (thời gian), 3 lần lặp lại b Bố trí thí nghiệm

Nhân tố A: thời gian ngâm (h)

Tổng số đơn vị thí nghiệm: 8 x 3 = 24 (đvtn) c Sơ đồ bố trí thí nghiệm

Hình 2.2 Sơ đồ bố trí thí nghiệm 1 d Cách tiến hành:

Để thực hiện quá trình ngâm gạo lứt, đầu tiên, ta cần làm sạch 50g gạo lứt nhằm loại bỏ tạp chất và hạn chế sự phát triển của vi sinh vật Tiếp theo, ngâm gạo trong nước ở nhiệt độ phòng với tỷ lệ 1:2 (gạo lứt : nước) Sau một thời gian ngâm, lấy 5g gạo để sấy khô đến khối lượng không đổi, từ đó xác định độ ẩm theo thời gian ngâm.

Xác định độ ẩm của gạo sau khi ngâm

2.3.2.2 Thí nghiệm 2 Ảnh hưởng điều kiện ủ sáng 100% đến khả năng nảy mầm, độ dài mầm, hoạt độ enzyme amylase, hàm lượng đường khử, hàm lượng protein có trong gạo mầm (t% o C) a Mục đích

Xác định thời gian ủ sáng 100% thích hợp để hạt có khả năng nảy mầm tốt nhất b Bố trí thí nghiệm

Thí nghiệm được thực hiện theo 1 nhân tố, 3 lần lặp lại

Tổng số đơn vị thí nghiệm: 3 x 9 = 27 (đvtn) c Sơ đồ thí nghiệm

Trong thí nghiệm sấy đánh giá, chúng tôi tiến hành lấy 9 mẫu gạo, bao gồm 4 mẫu 100g và 5 mẫu 300g, nhằm xác định tỷ lệ nảy mầm và độ dài mầm Gạo được làm sạch để loại bỏ tạp chất, sau đó ngâm cho đến khi đạt trạng thái bão hòa Sau khi để ráo nước, gạo sẽ được ủ trong điều kiện ánh sáng 100% Chúng tôi chỉ xác định tỷ lệ nảy mầm và độ dài mầm ở các khoảng thời gian 18h, 24h, 30h, 36h và 40h để quan sát sự phát triển của mầm Mỗi lần sau khoảng thời gian, 200g gạo được trải ra một mặt phẳng, chia thành 5 vị trí, mỗi vị trí lấy khoảng 10g để đo chiều dài mầm và đếm số lượng hạt nảy mầm Cuối cùng, gạo sẽ được sấy để xác định hoạt độ enzyme amylase, hàm lượng đường khử và hàm lượng protein Các chỉ tiêu theo dõi bao gồm độ dài mầm và số hạt nảy mầm sau mỗi khoảng thời gian.

2.3.2.3 Thí nghiệm 3 Ảnh hưởng điều kiện ủ tối 100% đến khả năng nảy mầm, độ dài mầm, hoạt độ enzyme amylase, hàm lượng đường khử, hàm lượng protein có trong gạo mầm (t% o C) a Mục đích

Xác định thời gian ủ tối 100% thích hợp để hạt có khả năng nảy mầm tốt nhất b Bố trí thí nghiệm

Thí nghiệm được thực hiện theo 1 nhân tố, 3 lần lặp lại

Tổng số đơn vị thí nghiệm: 3 x 9 = 27 (đvtn) c Sơ đồ thí nghiệm

Sấy Đánh giá thí nghiệm

Hình 2.4 Sơ đồ bố trí thí nghiệm 3 d Cách tiến hành

Các bước thí nghiệm ta thực hiện như thí nghiệm 1 nhưng ta ủ gạo ở điều kiện tối 100%

 Tiếp đến ta xác định tỷ lệ nảy mầm và độ dài mầm

Cuối cùng, tiến hành sấy gạo để xác định hoạt độ enzyme amylase, hàm lượng đường khử và hàm lượng protein Các chỉ tiêu theo dõi bao gồm đo độ dài mầm và đếm số hạt nảy mầm sau mỗi khoảng thời gian.

2.3.2.4 Thí nghiệm 4 Ảnh hưởng điều kiện ủ tối 50% sáng 50% đến khả năng nảy mầm, độ dài mầm, hoạt độ enzyme amylase, hàm lượng đường khử, hàm lượng protein có trong gạo mầm (t% o C) a Mục đích

Xác định thời gian ủ tối 50% sáng 50% thích hợp để hạt có khả năng nảy mầm tốt nhất b Bố trí thí nghiệm

Thí nghiệm được thực hiện theo 1 nhân tố, 3 lần lặp lại

Tổng số đơn vị thí nghiệm: 3 x 9 = 27 (đvtn) c Sơ đồ thí nghiệm

Sấy Đánh giá thí nghiệm Hình 2.5 Sơ đồ bố trí thí nghiệm 4 d Cách tiến hành

Các bước thí nghiệm ta thực hiện như hai thí nghiệm trên nhưng ta ủ gạo ở điều kiện tối 50%, sáng 50%

 Tiếp đến ta xác định tỷ lệ nảy mầm và độ dài mầm

Cuối cùng, tiến hành sấy gạo để xác định hoạt độ enzyme amylase, hàm lượng đường khử và protein Các chỉ tiêu theo dõi bao gồm đo độ dài mầm và đếm số hạt nảy mầm sau mỗi khoảng thời gian.

2.3.2.5 Thí nghiệm 5 So sánh các điều kiện ủ để chọn điều kiện ủ tối ưu cho gạo lứt nảy mầm a Mục đích

Xác định điều kiện ủ thích hợp cho hạt nảy mầm b Bố trí thí nghiệm

Thí nghiệm được thực hiện theo 1 nhân tố, 3 lần lặp lại

Tổng số đơn vị thí nghiệm: 3 x 3 = 9 (đvtn) c Sơ đồ thí nghiệm

Sấy Đánh giá thí nghiệm

Hình 2.6 Sơ đồ bố trí thí nghiệm 5 d Cách tiến hành

KẾT QUẢ VÀ BIỆN LUẬN