Đồ án tốt nghiệp này được thực hiện với mục tiêu nhằm khảo sát thời gian ngâm thích hợp để gạo hút nước đạt trạng thái bão hòa; ảnh hưởng điều kiện ủ sáng 100% đến khả năng nảy mầm, độ dài mầm, hoạt độ enzyme amylase, hàm lượng đường khử, hàm lượng protein có trong gạo mầm (t=25°C). Mời các bạn cùng tham khảo.
TỔNG QUAN
Nguyên liệu
Lúa nương là một phần thiết yếu trong việc đảm bảo an ninh lương thực cho cộng đồng dân tộc thiểu số ở miền núi, đặc biệt tại các huyện vùng cao, sâu và xa Với phương thức canh tác truyền thống trên nương rẫy, lúa nương đóng góp đáng kể vào nền nông nghiệp của Tây Nguyên, nơi có diện tích trồng khoảng 24.970 ha.
Lúa nương, một giống lúa truyền thống, được trồng chủ yếu ở vùng Tây Nguyên với năng suất đạt 11,7 tạ/ha và diện tích khoảng 104.200 ha ở miền núi phía Bắc, chiếm 28,5% diện tích đất trồng cây hằng năm Giống lúa này có khả năng chịu đựng khí hậu khắc nghiệt và được trồng theo phương pháp hữu cơ, không sử dụng thuốc bảo vệ thực vật, do đó được xem là sản phẩm nông nghiệp xanh và sạch Trong quá trình sinh trưởng, lúa nương vượt qua những thử thách của thời tiết để phát triển mạnh mẽ, từ đó tạo ra hạt gạo giàu dưỡng chất, phù hợp cho chế độ dinh dưỡng hàng ngày và là nguyên liệu cho thực phẩm chức năng.
Gạo nương đỏ hạt tròn là nguyên liệu quý giá trong chế độ ăn của đồng bào dân tộc Tây Nguyên, nhưng 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 có thể làm tăng giá trị dinh dưỡng và cải thiện khả năng chế biến, tạo ra sản phẩm gạo mầm có giá trị cao hơn Nghiên cứu này sẽ làm rõ giá trị dinh dưỡng và 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 bóc lớp vỏ trấu, giữ lại lớp cám giàu dưỡng chất Lớp cám này chứa nhiều vitamin như E, B1, B3, B6, cùng với magiê, mangan, chất xơ và sắt, mang lại nhiều lợi ích cho sức khỏe Khi loại bỏ lớp cám, gạo sẽ trở thành gạo trắng, loại gạo phổ biến trong bữa ăn hàng ngày.
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 thực tế trên 6,5 mm và là một loại thực phẩm bổ dưỡng, nên nên được đưa vào bữa ăn hàng ngày Mặc dù thời gian nấu gạo lứt kéo dài khoảng 45 phút, nhưng nấu một lần cho cả tuần sẽ tiết kiệm thời gian đáng kể So với gạo trắng, gạo lứt chứa nhiều dinh dưỡng hơn và có thể gia tăng giá trị dinh dưỡng khi ngâm trong nước ấm khoảng 22 giờ Theo nghiên cứu mới nhất, việc ngâm gạo lứt giúp kích thích các enzyme trong hạt, làm tăng cường chất dinh dưỡng Giáo sư Hiroshi Kayahara từ Đại học Shinshu đã chia sẻ kết quả này tại Hội nghị hóa học quốc tế ở Hawaii.
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 hàm lượng lysine gấp ba lần, cùng với mười lần lượng gamma-aminobutyric acid, một chất bảo vệ thận Ngoài ra, mầm gạo lứt còn chứa enzyme giúp ngăn chặn prolylendopeptidase và điều hòa hoạt động não bộ Gạo lứt nảy mầm không chỉ giàu dinh dưỡng mà còn dễ nấu và mang lại vị ngọt nhẹ nhờ sự tác động của enzyme lên đường và đạm.
Gạo lứt giàu dinh dưỡng hơn gạo trắng nhưng khó tiêu hơn do lớp cám chứa nhiều cellulose cứng Gạo lứt có thể bảo quản trong 4 – 5 tháng, tuy nhiên nếu để lâu, lipid trong lớp cám sẽ bị oxi hóa, gây mùi và không còn sử dụng được Do đó, cần bảo quản gạo ở nơi thoáng mát để giữ 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 so với 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 bảo vệ phôi và nội nhũ khỏi các tác động cơ học từ môi trường bên ngoài Vỏ thường được chia thành ba lớp: vỏ trấu, vỏ quả và vỏ hạt.
Vỏ trấu có 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, côn trùng và nấm mốc Bề mặt vỏ trấu có các đường gân và lông ráp xù xì, với độ dày thường dao động từ 0,12 đến 0,15mm Tùy thuộc vào giống lúa, vỏ thóc có thể có độ dày và tỷ lệ khác nhau, thường chiếm khoảng 18-20% khối lượng toàn bộ hạt thóc.
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 Khi hạt chín, lớp tế bào này trở nên trống rỗng, trong khi hạt xanh vẫn chứa các hạt diệp lục tố, tạo nên màu xanh đặc trưng.
Lớp vỏ quả trong cấu tạo gồm các tế bào hình ống dọc theo hạt, thường liên kết không bền với vỏ hạt Thành phần của lớp vỏ quả chứa cellulose, pentosan, pectin và khoáng chất Đặc biệt, độ dày của lớp tế bào vỏ quả không đồng nhất trong cùng một hạt, với phần gần phôi có lớp vỏ quả 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 bên trong chứa các tế bào hình dạng không đều và 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 trung bình chiếm từ 1% đến 2,5% 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 xay xát lớp vỏ hạt, đặc biệt là aleurone, sẽ tạo ra cám Nếu cám còn nhiều trong gạo, nó có thể bị oxy hóa trong quá trình bảo quản, dẫn đến tình trạng gạo bị chua 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 tạo ra nhiều chất dinh dưỡng quý giá, 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.
Gạo mầm chứa hàm lượng Gaba cao, mang lại nhiều lợi ích cho sức khỏe như cân bằng huyết áp, giảm cholesterol xấu và ổn định đường huyết Ngoài ra, gạo mầm còn giúp giảm căng thẳng thần kinh, bổ sung calcium để chống loãng xương và cung cấp chất xơ tốt cho hệ tiêu hóa, ngăn ngừa táo bón Tóm lại, gạo mầm là nguồn thực phẩm dinh dưỡng quan trọng cho việc bảo vệ sức khỏe.
Gạo mầm được sản xuất thông qua quá trình ngâm nước và nảy mầm gạo lứt trong điều kiện nhiệt độ và thời gian thích hợp, giúp tăng cường hoạt tính enzyme Sản phẩm gạo mầm không chỉ có giá trị dinh dưỡng cao mà còn mang lại nhiều lợi ích cho sức khỏe, nhấn mạnh tầm quan trọng của việc cải thiện giá trị dinh dưỡng sau khi nảy mầm.
Quá trình nảy mầm cải thiện chất lượng gạo nhờ vào việc hoạt động của các enzyme nội bào, giúp phân cắt protein và tinh bột thành các chất có khối lượng phân tử nhỏ hơn Thời gian nảy mầm, ánh sáng và hàm lượng chất dinh dưỡng trong hạt là những yếu tố ảnh hưởng đến quá trình này Sau khi nảy mầm, tinh bột dễ dàng bị thủy phân bởi enzyme amylase, tạo thành đường đơn, từ đó cải thiện khả năng tiêu hóa Hơn nữa, quá trình nảy mầm cũng làm tăng hàm lượng GABA, chất xơ, tocotrienols và Gamma oryzanol, mang lại lợi ích dinh dưỡng đáng kể cho gạo.
Gạo mầm, theo nghiên cứu của P Dinesh và cộng sự (2009), được coi là loại gạo tiên tiến với giá trị dinh dưỡng cao, bao gồm vitamin, khoáng chất và các dưỡng chất cần thiết cho cơ thể nhằm chống lại bệnh tật, lão hóa và tăng cường sức khỏe Sản phẩm này có chỉ số glyceride thấp, 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 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 vào khả năng tối ưu hóa hoạt tính của insulin và giảm cholesterol xấu trong máu, gạo mầm là lựa chọn tốt cho người bị 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, mang lại giấc ngủ ngon, giảm căng thẳng và ngăn ngừa chứng mất trí nhớ ở người cao tuổi, như 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) theo cơ chế sinh học, từ đó ngăn chặn 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 người già và những người đang trong quá trình phục hồi sức khỏe, đặc biệt là những ai mắc bệnh mãn tính như tiểu đường, cao huyết áp hay mỡ máu Sản phẩm này cũng hỗ trợ hiệu quả cho những ai muốn giảm cân và giảm căng thẳng, stress trong cuộc sống hàng ngày.
Hình 1.4 Công thức hóa học của GABA
GABA, hay γ-aminobutyric acid, là một loại axit amin quan trọng, hoạt động như một chất dẫn truyền thần kinh Chất dẫn truyền thần kinh đóng vai trò truyền tải tín hiệu qua các khe synap, giúp duy trì sự liên lạc giữa các tế bào Synap là khu vực nơi các xung thần kinh được truyền tải đến tận cùng sợi trục, đảm bảo sự hoạt động hiệu quả của hệ thần kinh.
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 thiết yếu của hệ thần kinh trung ương ở động vật có vú.
GABA, được sản sinh từ amino acid glutamic acid trong não, đóng vai trò quan trọng trong việc duy trì hoạt động bình thường của não bộ và 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 sự truyền dẫn thông tin.
GABA trong gạo mầm được tích lũy với mức độ khác nhau tùy thuộc vào các yếu tố như giống lúa, thời gian ngâm, phương pháp xử lý khí, áp suất 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 kết thúc với sự phát triển của phôi và hình thành rễ mầm xuyên qua cấu trúc hạt, dẫn đến sự hình thành cây con (Bewley and Black, 1994).
Trong hạt gạo khô, nước tồn tại dưới dạng liên kết, và khi nước từ bên ngoài thấm vào, nó sẽ hòa tan các chất dự trữ và kích hoạt enzyme, giúp phân giải hợp chất cao phân tử thành các chất đơn giản để nuôi dưỡng phôi và hình thành cây mầm Phôi là bộ phận hấp thụ 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 trong hạt Các chất keo háo nước cũng trương nở mạnh trong thời gian này, nhưng khả năng hút nước sẽ giảm dần theo thời gian.
Quá trình nảy mầm của hạt phụ thuộc vào cả điều kiện bên trong và bên ngoài, với thời gian sống sót của hạt giống khác nhau tùy thuộc vào loại hạt và điều kiện bảo quản Để hạt gạo nảy mầm, cần cung cấp môi trường thuận lợi, bao gồm đủ nước, nhiệt độ thích hợp, thành phần không khí và ánh sáng cần thiết.
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 đáng kể Ngược lại, hạt chứa nhiều chất béo cho thấy hoạt tính lipase nổi bật hơn.
Quá trình nảy mầm của hạt được đặc trưng bởi sự gia tăng hô hấp mạnh mẽ Ngay khi hạt hấp thụ nước, hoạt động của các enzyme hô hấp tăng lên đáng kể, dẫn đến sự gia tăng cường độ hô hấp Sự gia tăng này cung cấp năng lượng cần thiết cho sự nảy mầm của cây (Nguyễn Đức Lượng và cộng sự, 2004).
1.3.4 Các giai đoạn của quá trình nảy mầm
Giai đoạn một: Sự hoạt hóa
Quá trình hút ẩm là sự hấp thu nước của hạt khô, làm tăng hàm lượng nước và mềm vỏ hạt, dẫn đến việc hạt trương lên và vỏ bị nứt Sau khi hạt hấp thu nước, sự tổng hợp và hoạt động của enzyme bắt đầu trong vòng vài giờ, bao gồm cả việc tái hoạt hóa các enzyme dự trữ từ sự phát triển của phôi và tổng hợp các enzyme mới khi hạt 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 được thủy phân thành các hợp chất hữu cơ đơn giản Sau đó, những hợp chất này được vận chuyển đến các vị trí tăng trưởng của trục phôi.
Các hoạt động sinh tổng hợp trong tế bào sẽ được kích hoạt, trong khi sự hấp thu nước và hô hấp tiếp tục diễn ra với tốc độ đều đặn Khi hạt thóc nảy mầm, sẽ xảy ra sự biến đổi về màu sắc và thành phần hóa học.
Hàm lượng tinh bột giảm đáng kể
Hàm lượng đường tăng cao
Enzyme amylase phát triển mạnh
Giai đoạn ba: Sự tăng trưởng của cây mầm
Sự phân chia tế bào diễn ra ở hai đầu của trục phôi, với một đầu phát triển thành chồi mầm và đầu còn lại thành rễ mầm Trên trục phôi có thể có một hoặc hai lá mầm, được 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 Trong giai đoạn ngâm, độ ẩm tăng lên sẽ kích thích hô hấp, tạo điều kiện thuận lợi cho sự nảy mầm nhanh chóng Tuy nhiên, trong giai đoạn ngủ nghỉ, hạt gạo cần có độ ẩm thấp để tránh sự ngừng trệ của hoạt động trao đổi chất Độ ẩm lý tưởng để hạt gạo nảy mầm là khoảng 26,5%, nhưng nếu độ ẩm quá cao và kéo dài sẽ tạo cơ hội cho vi sinh vật phát triển, làm giảm chất lượng sản phẩm.
Nhiệt độ ảnh hưởng lớn đến sự 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 nằm trong khoảng 35-37°C, giúp hạt có tỷ lệ nảy mầm cao nhất trong thời gian ngắn nhất Mặc dù yêu cầu nhiệt độ có thể thay đổi theo từng giai đoạn nảy mầm, nhưng ở nhiệt độ mát 25°C, gạo mầm tích lũy được nhiều chất dinh dưỡng, đặc biệt là GABA Ánh sáng cũng đóng vai trò quan trọng trong quá trình sinh trưởng của thực vật, từ khi hạt nảy mầm Sự nảy mầm bị ảnh hưởng bởi quang chu kỳ, và mặc dù hầu hết các loại hạt không bị tác động bởi ánh sáng hay bóng tối, nhiều loại hạt, đặc biệt là những hạt ở môi trường rừng, chỉ nảy mầm khi có đủ ánh sáng từ khoảng hở ở tầng tán.
Không khí bao gồm 20% oxy, 0,03% carbon dioxide và 80% nitơ Oxy là yếu tố quan trọng cho sự nảy mầm của hạt, trong khi nồng độ carbon dioxide cao hơn 0,03% có thể làm chậm quá trình này Tuy nhiên, nitơ không có tác động đến sự nảy mầm của hạt.
Trong quá trình nảy mầm, hô hấp tăng mạnh và đóng vai trò quan trọng, yêu cầu cung cấp đủ oxy Nếu hàm lượng oxy không đủ, quá trình nảy mầm sẽ bị chậm lại.
Oxi đóng vai trò quan trọng trong quá trình hô hấp của phôi hạt, giúp mầm phát triển khỏe mạnh Mặc dù gạo có thể nảy mầm trong điều kiện thiếu oxi, nhưng mầm sẽ yếu và phát triển 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 Nó có khả năng xúc tác phân giải các liên kết nội phân tử trong polysaccharide nhờ sự tham gia của nước.
Amylase là enzyme có khả năng thủy phân tinh bột, glycogen và dextrin thành glucose, maltose và dextrin hạn chế Enzyme này xuất hiện trong nước bọt (hay 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 điều kiện cho quá trình lên men bởi nấm men.
Amylase là enzyme quan trọng được sử dụng phổ biến trong nhiều lĩnh vực, bao gồm công nghiệp, y tế và đặc biệt là ngành công nghiệp thực phẩm.
Có 6 loại enzyme amylse được xếp vào 2 nhóm: endoamylase (enzyme thủy phân ngay bên trong) và exoamylase (enzyme thủy phân từ bên ngoài vào)
Endoamylase bao gồm α-amylase và nhóm enzyme khử, được chia thành hai loại: khử trực tiếp (pullulanase hay α-dextrin 6-glucoside) và khử gián tiếp (transglucoside hay oligo-1,6-glucoside và amylo-1,6-glucoside) Các enzyme này có chức năng thủy phân các liên kết bên trong chuỗi polysaccharide.
Exoamylase bao gồm β-amylase và γ-amylase, là các enzyme có khả năng thủy phân tinh bột từ đầu không khử của chuỗi polysaccharide (Nguyễn Đức Lượng và cộng sự, 2004) Các enzyme amylase này dễ tan 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 nhóm carbohydrate chủ yếu có trong các loại củ như khoai lang, khoai tây, khoai mì và trong các hạt ngũ cốc, với công thức tổng quát là (C6H12O6)n Tinh bột bao gồm hai thành phần chính là amylose và amylopectin, trong đó tỷ lệ amylase chiếm 20-30% và amylopectin chiếm 70-80% Đối với 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 có trọng lượng phân tử từ 400.000 đến hàng chục triệu Da, bao gồm 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 mạch nhánh Tinh bột không tan trong nước lạnh, nhưng khi được đun nóng trong khoảng 60 – 85 độ C, nó sẽ bị hồ hóa và hình thành hồ tinh bột.
Hình 1.7 Cấu tạo hóa học của amylose (a) và amylopectin (b)
Enzyme amylase thủy phân tinh bột bằng cách cắt đứt các liên kết glucoside, diễn ra qua hai giai đoạn: dịch hóa và đường hóa Giai đoạn dịch hóa tạo ra dextrin, trong khi giai đoạn đường hóa tiếp theo chuyển đổi dextrin thành 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, một phần trong đó được chuyển hóa thành disaccharide và glucose Nguồn cung cấp chính của carbohydrate chủ yếu đến từ đường và tinh bột.
Glycogen là một loại carbohydrate dự trữ quan trọng trong cơ thể động vật, chủ yếu được lưu trữ trong gan và cơ bắp, và có vai trò trong việc cung cấp năng lượng dần dần cho cơ thể Amylase đóng vai trò thiết yếu trong quá trình chuyển hóa glucid ở động vật và vi sinh vật Cấu trúc của glycogen bao gồm các phân tử glucose liên kết với nhau qua liên kết α-1,4-glycoside và các vị trí phân nhánh được nối bằng liên kết α-1,6-glycoside Glycogen có số lượng mạch nhiều hơn tinh bột, với phân tử lượng từ 2-3 triệu Da, và dễ tan trong nước Khi cơ thể hấp thụ quá nhiều carbohydrate, glycogen 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, một sản phẩm đặc trưng của vùng cao Tây Nguyên, được thu mua và bóc vỏ trấu để lấy gạo lứt nương đỏ Sau đó, gạo được bảo quản ở nơi thoáng mát nhằm chuẩn bị cho quá trình thí nghiệm.
Các công đoạn trong sơ đồ nghiên cứu gạo mầm từ gạo lứt nương đỏ được tiến hành như sau: a Làm sạch
Mục đích: loại bỏ tạp chất, bụi bẩn và những bột cám vụn
Gạo lứt được rửa sạch ba lần bằng nước sạch, sau đó được ngâm trong nước muối loãng (khoảng 0,9%) để khử trùng và hạn chế 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, mỗi điều kiện sẽ bao gồm 9 mẫu nhỏ (50g) với thời gian ủ khác nhau: 0, 18, 24, 30, 32, 34, 36, 38 và 40 giờ.
Để đảm bảo quá trình nảy mầm diễn ra hiệu quả, cần chuẩn bị 9 mẫu gạo đã ngâm và đặt vào những chiếc rổ nhỏ, sau đó dùng vải mùng ẩm để che phủ nhằm ngăn ngừa gạo bị khô Gạo cần được ủ trong phòng lạnh với nhiệt độ ổn định 25°C, đồng thời phải 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 liên tục từ 18h tối đến 6h sáng.
Để đạt được điều kiện tối 100% cho quá trình ủ, cần thực hiện tương tự như ủ trong điều kiện sáng 100% Cụ thể, ta sẽ ủ trong rổ và phủ lên bằng vải mùng đã thấm nước Tuy nhiên, cần đảm bảo ủ trong một phòng kín, chỉ có một cửa ra vào và không có cửa sổ, nhằm ngăn ánh sáng chiếu vào và 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 đó Đầu tiên, gạo được ủ trong phòng lạnh và không có ánh sáng trong khoảng 18 giờ Sau thời gian này, gạo sẽ được chuyển sang ủ ở nơi có ánh sáng liên tục, với ánh sáng mặt trời vào ban ngày và đèn chiếu sáng vào ban đêm, nhằm đảm bảo gạo luôn được chiếu sáng.
Khi gạo đã nảy mầm đồng đều và đạt độ dài mong muốn, chúng ta kết thúc quá trình nảy mầm Tiếp theo, gạo được rửa bằng nước đã đun sôi và để nguội để làm sạch Cuối cùng, gạo cần được để ráo nước hoàn toàn trước khi tiến hành sấy.
Mục đích: sấy gạo đến độ ẩm thích hợp (± 13%) để bảo quản
Quá trình sấy được thực hiện qua 2 giai đoạn:
Đầu tiên, ta sấy gạo ở nhiệt độ 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 khi tiến hành sấy, chúng tôi thu thập tất cả các mẫu theo 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 tiến hành, ta lấy 50g gạo lứt, làm sạch để loại bỏ tạp chất và hạn chế vi sinh vật phát triển Sau đó, 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 nhằm 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 đánh giá quá trình nảy mầm, chúng tôi đã 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 được ủ trong điều kiện ánh sáng 100% Chúng tôi xác định tỷ lệ nảy mầm và độ dài mầm tại các khoảng thời gian 18h, 24h, 30h, 36h và 40h, vì đây là thời điểm mầm phát triển rõ rệt Mỗi khoảng thời gian, 200g gạo được trải ra và chia thành 5 vị trí để đo chiều dài mầm và đếm số lượng hạt nảy mầm Sau mỗi lần đo, gạo được sấy để xác định hoạt độ enzyme amylase, hàm lượng đường khử và protein Các chỉ tiêu theo dõi bao gồm độ dài mầm và số lượng 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 Theo dõi các chỉ tiêu bằng cách 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 hàm lượng protein Cần theo dõi các chỉ tiêu bằng cách đo độ dài mầm và đếm số hạt nảy mầm sau mỗi khoảng thời gian nhất định.
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