Thiết bị - Dụng cụ
Sơ đồ nghiên cứu
Nghiên cứu được tiến hành qua ba giai đoạn chính: đầu tiên là trích ly curcuminoids từ bột nghệ; tiếp theo là sản xuất gạo lứt bổ sung curcuminoids; và cuối cùng là xác định, đánh giá các thông số vật lý, hóa học và vi sinh của gạo đã được sản xuất.
Giai đoạn 1: Trích ly curcuminoids từ bột nghệ
Giai đoạn 2: Sản xuất gạo lứt đồ bổ sung curcuminoids Lúa
Ngâm dung môi có curcuminoids
Phân loại Định lượng, bao gói
Quy trình sản xuất gạo đồ hay gạo lứt đồ đều trải qua 3 giai đoạn chính: ngâm nước, hấp và sấy.
Ngâm nước là quá trình mà hạt gạo hấp thụ nước, dẫn đến việc hồ hóa một phần và làm cho hạt trương nở (J Buggenhout et al, 2013) Phương pháp này thường được áp dụng để đảm bảo sự hấp thụ nước diễn ra nhanh chóng và đồng đều (S Parnsakhorn và A Noomhorm).
2008) Thông số công nghệ: Nước nóng 70 0 C, thời gian ngâm 2 giờ.
Sản xuất gạo lứt đồ có quy trình riêng biệt, trong đó giai đoạn ngâm đóng vai trò quan trọng Việc ngâm thóc trong nước không nên kéo dài quá lâu để tránh tình trạng lên men, gây ảnh hưởng đến màu sắc và mùi vị sản phẩm (Nawab Ali và A Pandya, 1974) Nhiệt độ ngâm cũng cần được kiểm soát ở mức trung bình, vì nếu quá cao sẽ làm thóc bị chín (Bor S Luh, 1991).
Nghiên cứu của Kadus và cộng sự (2002) cho thấy việc ngâm nóng lâu hơn có khả năng phá vỡ liên kết hydro, làm suy yếu cấu trúc micellar của hạt tinh bột Điều này ảnh hưởng đến năng suất và độ cứng của gạo, như đã được xác nhận bởi S Parnsakhorn và A Noomhorm (2008).
Ngâm dung môi là giai đoạn quan trọng nhất trong sản xuất gạo lứt bổ sung curcuminoids Dung môi sử dụng bao gồm ethanol và acetone với tỷ lệ 5:2, trong đó curcuminoids chiếm 1% trong dung môi Sau khi ngâm nước, quá trình ngâm lúa với dung môi sẽ được tiến hành, và các thông số như tỷ lệ dung môi và gạo, cũng như thời gian ngâm sẽ được khảo sát để tìm ra công thức tối ưu nhất.
Bảng 2 1: Thông số sản xuất gạo lứt đồ của các mẫu khảo sát
Thời gian ngâm dung môi
Tỷ lệ dung môi : gạo
Hấp là quá trình nhằm tăng năng suất xay xát, cải thiện khả năng lưu trữ và chất lượng hạt Quá trình này giúp nâng cao độ săn chắc sau khi nấu và giữ vitamin tốt hơn trong gạo xay xát thông thường Theo Nawab Ali et al (1974), nhiệt độ hấp lý tưởng là 100 o C trong 1 giờ Càng tăng nhiệt độ hơi nước và thời gian hấp, gạo sẽ càng cứng và sậm màu (Bor S Luh, 1991).
Sấy: sau khi hoàn thành quá trình hấp thì ta tiến hành sấy lúa để đưa độ ẩm lúa về lại ban đầu 5-10%.
Giai đoạn 3: Tiến hành đo các thông số của gạo lứt đồ Độ ẩm
Cooking time Vật lí Độ cứng Độ hấp thụ nước
Xác định các tính chất của gạo lứt đồ bổ sung curcuminoids
Xác định độ ẩm
Nguyên tắc thực hiện là nghiền mẫu sau khi xử lý sơ bộ nếu cần thiết Đối với mẫu thử, sấy khô dưới áp suất giảm ở nhiệt độ từ 45°C đến 50°C với chất hút ẩm cho đến khi đạt khối lượng không đổi Đối với gạo, chỉ cần nghiền mẫu mà không cần xử lý sơ bộ Cân chính xác 3 gam mẫu thử đến 0,2 mg, cho vào đĩa petri đã làm khô và cân trước, cùng với nắp cũng được cân chính xác đến 0,2 mg Cuối cùng, sấy khô ở 105°C cho đến khi khối lượng không đổi.
Phương pháp của S Parnsakhorn và A Noomhorm (2008) đã được điều chỉnh để xác định độ ẩm, được biểu thị bằng phần trăm khối lượng của mẫu ướt ban đầu Độ ẩm này được tính theo công thức cụ thể, giúp đảm bảo tính chính xác trong việc đo lường.
100 (m o - m 1 ) m o Trong đó: m o là khối lượng của phần mẫu thử, tính bằng gam (g) m 1 là khối lượng của phần mẫu thử sau khi sấy tính bằng gam (g).
Xác định Cooking time
Cho 10g gạo vào 70ml nước cất, nấu ở 97-99 o C trong 10 phút Sau đó, lấy ngẫu nhiên
Trong thí nghiệm, 10 hạt gạo đã nấu được ép giữa hai bản thủy tinh, và số lượng hạt trong (có thể xuyên qua ánh sáng) và đục được ghi nhận Quá trình này được lặp lại sau mỗi hai phút Thời gian nấu được xác định khi 90% hạt gạo đã nấu đều trong, theo phương pháp của S.
Parnsakhorn và A Noomhorm, 2008 có điều chỉnh).
Xác định độ hấp thu nước
Cho 2g gạo đồ vào 20ml trong ống nghiệm và phủ bông ở đầu ống nghiệm Nấu ở nhiệt độ 97-99 độ C cho đến khi gạo chín (thời gian = thời gian nấu) Sau khi nấu xong, để nguội, rút hết nước trong ống nghiệm và để 1 giờ trước khi cân Độ hấp thu nước được tính bằng độ tăng trọng lượng và được biểu thị bằng “gam nước/gam gạo” theo phương pháp của S Parnsakhorn và A.
Xác định độ cứng của gạo
Cho 25g gạo đồ vào cốc chứa 100ml nước cất, sau đó đun cách thủy cốc này trong 400ml nước, với thời gian tương đương với thời gian nấu gạo theo phương pháp của S Parnsakhorn.
A Noomhorm, 2008 có điều chỉnh) Sau đó đem hạt cơm đã nấu đi thực hiện phép đo độ cứng, cho tất cả hạt cơm vào một ống xylanh có thể tích được xác định, sau đó nén pitong bằng 1 lực cố định 2.59(N/cm 2 ).
Công thức tính độ cứng như sau: Độ cứng Áp lực
Xác định hàm lượng curcuminoids có trong gạo
Curcuminoids bề mặt được xác định thông qua quy trình chiết trực tiếp 2 gam gạo với 25 ml ethanol, lắc đều trong 30 giây Sau khi chiết xuất, dung dịch được đưa vào cuvet để đo độ hấp thụ bằng máy đo UV-Vis ở bước sóng 424 nm.
Để xác định tổng curcuminoids, nghiền nhỏ 2 gam gạo và hòa với 25ml ethanol, sau đó tiến hành trích ly trong 90 phút Tiếp theo, lọc dung dịch qua giấy lọc và đo độ hấp thu ở bước sóng 424 nm.
Xác định tốc độ giải phóng curcuminoids
Cho 2 gam gạo, nghiền nhỏ, cho vào 25ml ethanol, lắc đều, sau đó cứ mỗi 10 phút tiến hành đo độ hấp thu tại bước sóng 424 nm Tiến hành đo cho đến khi nào nồng độ curcuminoids trong dung dịch bão hòa thì có thể dừng Nồng độ của curcuminoids giải phóng được tính toán bằng cách sử dụng đường cong curcuminoids tiêu chuẩn đã được chuẩn bị trước đó Tiến hành dựng đồ thị với tất cả các điểm đã tiến hành đo, ta có được đồ thị thể hiện tốc độ giải phóng curcuminoids trong gạo lứt đồ (Andreea Bucurescu et al, 2018)
Lượng cucurminoids giải phóng ra
Tốc độ giải phóng cucurminoids (%) = Lượng cucurminoids tổng có trong mẫu ban đầu *100
Xác định ảnh hưởng của các điều kiện môi trường đến việc thất thoát
curcuminoids trong quá trình bảo quản gạo: Ảnh hưởng của nhiệt độ:
Mẫu curcuminoids được bảo quản ở 5, 25 và 70°C trong điều kiện không tiếp xúc với ánh sáng Việc đo lường sự thất thoát của curcuminoids được thực hiện sau mỗi 5 ngày, với độ hấp thu được kiểm tra tại bước sóng 424 nm Thời gian thử nghiệm kéo dài 15 ngày, dựa trên phương pháp điều chỉnh của Hong-Hao Jin và các cộng sự (2016) Nghiên cứu này tập trung vào ảnh hưởng của ánh sáng đối với sự ổn định của curcuminoids.
Gạo được bảo quản trong điều kiện chiếu sáng và không có ánh sáng, với thời gian đánh giá 15 ngày Các mẫu tiếp xúc với ánh sáng được đặt trong bình trong suốt, trong khi các mẫu tương đương khác được giữ trong lọ màu nâu ở nơi tối Sự thất thoát curcuminoids được kiểm tra mỗi 5 ngày bằng cách đo độ hấp thu tại bước sóng 424 nm theo phương pháp của Hong-Hao Jin và cộng sự (2016) Đối với độ ẩm, một mẫu được ủ với dung dịch Natri Clorua (NaCl) bão hòa (độ ẩm tương đối 75.3%) trong 15 ngày, trong khi mẫu khác được ủ ở điều kiện thường (độ ẩm tương đối 80 ± 10%) cũng trong 15 ngày Các mẫu được lấy mỗi 5 ngày để kiểm tra lượng curcuminoids bằng cách đo độ hấp thu tại bước sóng 424 nm.
Một mẫu curcuminoid được bảo quản trong môi trường có oxy, trong khi mẫu còn lại được lưu giữ trong môi trường không có oxy trong 15 ngày Các mẫu được kiểm tra định kỳ sau mỗi 5 ngày để xác định lượng curcuminoids còn lại, theo phương pháp đã được điều chỉnh của Hong-Hao Jin và cộng sự (2016).
Xác định khả năng chống mốc
Lấy 3 gam gạo cho vào bình tam giác, sau đó cho thêm vào bình 15 ml nước cất, bịt nút bông vào miệng bình, tiến hành tiệt trùng ở 121 0 C trong vòng 15 phút Sau khi tiệt trùng, tiến hành đổ đĩa, sau đó cấy nấm Coletotrichum Gloeosporioudes vào đĩa petri Tiến hành quan sat sự phát triển của nấm mốc trên các đĩa mẫu thử trong các ngày tiếp theo
(phương pháp của Wang, 2009 có điều chỉnh).
Phân tích thống kê
Tất cả các thí nghiệm đều được thực hiện với ba lần lặp lại Phân tích phương sai ANOVA và so sánh các trung bình được thực hiện bằng kiểm định Duncan trên phần mềm SPSS 16.0 Các đồ thị được tạo ra bằng phần mềm Excel 2013.
KẾT QUẢ VÀ BIỆN LUẬN
Xây dựng đường chuẩn Curcuminoids
Cho 1 mg curcuminoids hòa tan trong ethanol 99.5% và định mức lên 100ml thu được dung dịch curcumin tiêu chuẩn 0.01M Sau đó tiến hành pha loãng các điểm ở nồng độ thấp hơn từ dung dịch chuẩn Độ hấp thụ của các dung dịch chuẩn được xác định bằng phép đo phổ UV-Vis ở bước sóng 424 (nm) Sau đó xây dựng đường cong tiêu chuẩn và phương trình hồi quy theo đó sẽ tính toán được khối lượng của curcuminoids có trong mẫu Sử dụng mẫu trắng chứa ethanol 99.5% (Yu Wang et al, 2009). thụhấpĐộ
3.2 Khảo sát tính chất vât lý của gạo:
Bảng 3 1: Thông số vật lý của một số loại gạo (Damir, A.A, 1985)
Tính chất vật lý của gạo
Gạo lứt đồ bổ sung curcminoids
Dựa trên kết quả nghiên cứu, các tính chất vật lý của gạo lứt đồ không có curcuminoids và gạo có bổ sung curcuminoids gần như tương đồng.
Thời gian nấu gạo lứt thường dài hơn gạo trắng do quá trình đồ và các yếu tố như nhiệt độ, thời gian nấu, đặc tính giống lúa và thời gian bảo quản Đặc biệt, độ hấp thụ nước cũng đóng vai trò quan trọng, ảnh hưởng đến thể tích hạt cơm khi nấu (S Parnsakhorn et al, 2008).
Theo nghiên cứu của Deepa, Singh và N Nikol (2008), lớp aleurone dày của gạo lứt cùng với lớp lứt bên ngoài đã làm chậm quá trình xâm nhập của nước vào hạt gạo khi nấu Điều này dẫn đến thời gian nấu của gạo lứt lâu hơn so với gạo trắng thông thường (Paiva et al, 2016).
Gạo lứt đồ có khả năng hấp thụ nước và trương nở thấp hơn so với gạo xay Khi nấu gạo xay lâu hơn 18 phút, độ hấp thụ nước tăng nhưng hạt sẽ mất hình dạng và trở nên nhão Ngược lại, gạo lứt đồ có thể nấu trong thời gian tương tự mà không bị vỡ Quá trình đồ đã hồ hóa tinh bột, cho phép gạo lứt đồ nấu lâu hơn mà vẫn giữ nguyên cấu trúc tế bào (Damir, 1985).
Trong quá trình nấu, sự hồ hóa xảy ra trong huyền phù tinh bột – nước, khi các chuỗi amylose tạo thành các liên kết xoắn ốc từ 40 đến 70 đơn vị glucose qua liên kết hydro Thời gian nấu kéo dài dẫn đến việc sắp xếp các nhánh ngắn của hạt tinh bột, làm giảm độ nhớt và tăng độ cứng của gạo (Hu Z.Tang et al, 2017) Độ cứng là một tính chất vật lý quan trọng của gạo, ảnh hưởng đến mức độ gãy vỡ trong quá trình xay xát và giá trị kinh tế của sản phẩm Gạo lứt nấu chín có độ cứng cao hơn và ít dính hơn so với gạo thông thường (Islam et al, 2001).
Nhiều nghiên cứu chỉ ra rằng độ cứng của gạo bị ảnh hưởng bởi điều kiện quá trình đồ gạo, độ ẩm sau khi sấy, mức độ hồ hóa tinh bột và các yếu tố khác Giống lúa với hàm lượng amylose cao sẽ có độ cứng tăng, trong khi giống lúa có hàm lượng amylose thấp sẽ giảm độ cứng (S Parnsakhorn, 2008) Độ cứng của nội nhũ tăng lên là do sự bám dính giữa protein và các hạt tinh bột trong gạo đồ, với protein di chuyển đến lớp aleurone trong quá trình đồ Sự tương tác giữa tinh bột và protein trong gạo đồ đã được chứng minh qua nghiên cứu của Takeuchi và cộng sự (1967) (Rao et al, 1970).
3.3 Khảo sát về độ hấp thu và thất thoát Curcuminoids theo thời gian:
3.3.1 Curcuminoids tổng đi vào trong gạo, bề mặt gạo:
Bảng 3 2: Nồng độ curcuminoids tổng và bề mặt của các mẫu gạo
Kết quả cho thấy nồng độ curcuminoids thẩm thấu vào gạo không cao so với nồng độ 1% trong dung môi Mẫu T2R1 có hàm lượng curcuminoids cao nhất, cho thấy đây là thông số tối ưu cho quy trình sản xuất gạo lứt bổ sung curcuminoids với thời gian ngâm 12 giờ và tỷ lệ dung môi:gạo là 1:1 Thời gian ngâm 12 giờ là thời điểm bão hòa nồng độ curcuminoids, vì sau thời gian này, nồng độ không tăng đáng kể Trong khi đó, mẫu T1R1 có lượng curcuminoids bám trên bề mặt hạt gạo cao nhất, trong khi các mẫu khác có sự biến đổi nhưng không đáng kể, có thể do curcuminoids chỉ mới bám vào bề mặt mà chưa thẩm thấu sâu vào cấu trúc hạt gạo.
3.3.2 Tốc độ giải phóng curcuminoids trong gạo:
Trong 10 phút đầu tiên, mẫu T1R1 giải phóng lượng curcuminoids nhiều nhất do hàm lượng curcuminoids bề mặt cao nhất (Bảng 3.2) Ngược lại, mẫu T2R1 và T2R0.5 chỉ giải phóng rất ít curcuminoids trong cùng khoảng thời gian.
Trong 90 phút, có thể thấy các mẫu có tỷ lệ ngâm dung môi và gạo là 1:1 thì tốc độ giải phóng curcuminoids diễn ra nhanh hơn (mẫu T1R1 và mẫu T2R1 lượng curcuminoids giải phóng ra trên 90%), còn với mẫu T2R0.5 tỷ lệ ngâm dung môi và gạo là 1:2 thì tốc độ curcuminoids giải phóng ra dung môi là chậm và tương đối ổn định theo thời gian (40%) (Phụ lục 3).
3.3.3 Khảo sát ảnh hưởng của độ ẩm đến độ thất thoát Curcuminoids trong thời gian bảo quản gạo:
Nồng độ curcuminoids bề mặt hạt gạo
Nghiên cứu cho thấy nồng độ curcuminoids trên bề mặt hạt gạo giảm đáng kể trong điều kiện bảo quản ẩm với độ ẩm RH 75.3% (NaCl bão hòa) sau 15 ngày Cụ thể, từ ngày thứ 0 đến ngày thứ 5, cả nồng độ curcuminoids bề mặt và tổng nồng độ curcuminoids trong hạt gạo đều giảm.
(%)cu rcu mi no idsđộNồ ng
Trong khoảng thời gian từ ngày thứ 0 đến ngày thứ 15, nồng độ curcuminoids bề mặt ở môi trường có độ ẩm RH = 80 ±10% (Hình 3.4) giảm đáng kể hơn so với môi trường có độ ẩm RH = 75.3% (Hình 3.3) Mẫu T2R1 (25%) cho thấy mức giảm cao nhất trong số các mẫu được nghiên cứu.
Nồng độ curcuminoids tổng trong hạt gạo
Hình 3 5: Nồng độ curcuminoids tổng trong hạt gạo trong 15 ngày bảo quản ở môi trường ẩm RHu.3% (NaCl bão hòa)
Hình 3.5 nhận thấy rằng 3 mẫu (T1R1, T3R1, T2R1) có sự giảm nồng độ không khác nhau nhiều, tương ứng tại ngày thứ 15 70.73%, 62.69%, 54.50%.
Độ ẩm có ảnh hưởng đáng kể đến lượng curcuminoids trong gạo, đặc biệt là ở mẫu T2R1, với sự giảm khoảng 50% lượng curcuminoids tại ngày thứ 15 ở môi trường ẩm RH = 75.3% và RH = 80±10% Sự khác biệt về nồng độ curcuminoids không đáng kể từ ngày thứ 5 trở đi Độ ẩm RH = 80 ± 10% không ổn định do sự thay đổi trong ngày, với độ ẩm ban ngày thấp và tăng cao vào ban đêm, có thể là nguyên nhân làm thay đổi nồng độ curcuminoids Curcuminoids thâm nhập vào gạo theo nguyên lý khuếch tán, nhưng lực tương tác giữa chúng và gạo không ổn định, dẫn đến giảm nồng độ Nghiên cứu của E.I Paramera và cộng sự (2011) cũng cho thấy rằng curcumin giảm do tác động của độ ẩm khi bảo quản ở 25°C trong bóng tối, với nồng độ curcumin ổn định ở độ ẩm từ 32.8% đến 65.4%, nhưng bị ảnh hưởng khi độ ẩm đạt RH = 75.3% và 90%.
Bên cạnh đó, H.B Sowbhagya và cộng sự cho thấy rằng, trong điều kiện bảo quản
Trong một nghiên cứu, ở điều kiện 27 độ C và độ ẩm tương đối 65% trong 10 tuần, nồng độ curcumin với màng bao tartrazine giảm từ 1.9% đến 22.8%, đồng thời màu sắc lớp màng bao cũng giảm từ 77ppm xuống đáng kể (6.6% và 8.0%) (H.B Sowbhagya et al, 2005) Đối với sản phẩm gạo lứt bổ sung curcuminoids, curcuminoids dạng tự do bị ảnh hưởng nhiều hơn bởi độ ẩm so với curcumin có lớp màng bao Độ ẩm môi trường cao làm gạo tăng độ ẩm, dẫn đến giảm chất lượng hạt gạo Theo nghiên cứu của Seong Yeong Kim và Ho Lee (2013), gạo lứt có độ ẩm từ 15-17% sẽ tạo ra sản phẩm có chất lượng cao.
3.3.4 Khảo sát ảnh hưởng của nhiệt độ đến độ thất thoát Curcuminoids trong thời gian bảo quản gạo:
Nồng độ curcuminoids bề mặt trong hạt gạo
Hình 3 7: Nồng độ curcuminoids bề mặt hạt gạo trong 15 ngày bảo quản ở điều kiện nhiệt độ phòng
Khi bảo quản ở nhiệt độ thường các mẫu đều giảm thấy rõ do sự tác động của môi trường bên ngoài
Hình 3 8: Nồng độ curcuminoids bề mặt hạt gạo trong 15 ngày bảo quản ở điều kiện nhiệt độ 70 o C
Từ hình 3.8 ta thấy rằng các mẫu đều bắt đầu giả m mạnh ở ngày thứ 15 bảo quản
Hình 3 9: Nồng độ curcuminoids bề mặt hạt gạo trong 15 ngày bảo quản ở điều kiện nhiệt độ 5 o C
Nghiên cứu cho thấy curcuminoids trong gạo bị ảnh hưởng bởi nhiệt độ, dẫn đến sự giảm nồng độ curcuminoids trong các mẫu Kết quả đo cho thấy nồng độ curcuminoids bề mặt không có sự khác biệt đáng kể giữa các mẫu ở các điều kiện nhiệt độ khác nhau Tại nhiệt độ bảo quản 5°C, mẫu T1R1, T2R1 và T2R2 không có sự khác biệt có ý nghĩa thống kê (p
