TỔNG QUAN
T ổng quan về cây lúa
1.1.1 Gi ới thiệu về cây lúa
Lúa là một trong năm loại cây lương thực chính toàn cầu, bên cạnh ngô, lúa mì, sắn và khoai tây, đóng vai trò quan trọng trong việc cung cấp thực phẩm cho nhân loại.
Cây lúa trồng thuộc họ Poaceae (Graminea hay họ Hòa Thảo), phụ họ
Pryzoideae, tộc Oryzae, dòng Oryza, loài Oryza sativa và Oryza glaberrima Loài Oryza sativa là lúa trồng ở châu Á và Oryza glaberrima lúa trồng ở châu Phi
1.1.2 C ấu tạo chung hạt lúa
Hạt lúa được cấu tạo từ các thành phần chính: râu, mày thóc, vỏ (vỏ trấu, vỏ quả, vỏ hạt), lớp aleuron, nội nhũ và phôi
Hình 1.1 Cấu tạo của hạt lúa
Hạt thóc có thể có hoặc không có râu; trong trường hợp có râu, mỏ hạt thóc sẽ kéo dài thành râu Thông thường, màu sắc của mỏ hạt và râu sẽ tương đồng với nhau.
Mỏ hạt là một bộ phận của vỏ trấu to.
Mày thóc có màu vàng nhạt và bóng hơn vỏ trấu, bao gồm mày dưới và mày trên Độ dài của mày thóc phụ thuộc vào giống lúa và điều kiện canh tác, nhưng thường không vượt quá 1/3 chiều dài của vỏ trấu.
Trong quá trình bảo quản thóc, sự cọ sát giữa các hạt thóc khi cào đảo dẫn đến việc rụng nhiều mày thóc, từ đó làm gia tăng lượng tạp chất trong khối thóc (Lê Doãn Diên, 2002).
Vỏ trấu, chiếm khoảng 20% trọng lượng hạt thóc, bao bọc bên ngoài hạt gạo và có thể dày hoặc mỏng tùy thuộc vào giống lúa Vỏ trấu gồm hai phần chính: trấu dưới và trấu trên, được ghép lại để bảo vệ hạt gạo bên trong Bên ngoài vỏ trấu có các gân chạy dọc, với trấu trên có năm gân và trấu dưới có ba gân, kết thúc bằng râu, có thể xuất hiện hoặc không tùy vào giống lúa Tế bào vỏ trấu có độ lignin hóa cao, tạo ra độ cứng chắc cần thiết để bảo vệ hạt gạo.
Vỏ trấu đóng vai trò quan trọng trong việc bảo vệ hạt gạo, nhờ vào sự khép chặt giữa hai lớp vỏ, giúp ngăn cản côn trùng xâm nhập trong quá trình bảo quản thóc Ngoài ra, vỏ trấu còn có khả năng bảo vệ hạt gạo khỏi sự phá hoại do nấm mốc gây ra (Bùi Chí Bửu, 2000).
Vỏ hạt là lớp vỏ mỏng bao bọc nội nhũ, có màu trắng đục hoặc đỏ cua, cấu tạo từ quả bì, chủng bì và tầng aleuron Độ dày của lớp vỏ hạt phụ thuộc vào giống lúa và độ chín, trung bình chiếm 5,6 ÷ 6,1% khối lượng hạt gạo Lớp aleuron chủ yếu chứa protid và lipid, và khi xay xát, lớp này dễ bị vỡ thành cám Nếu còn nhiều aleuron trong hạt gạo, trong quá trình bảo quản, chúng có thể bị oxy hóa, dẫn đến tình trạng gạo bị chua và ôi do lipid bị oxy hóa (Lê Doãn Diên, 2002).
Nội nhũ là thành phần chính của hạt thóc, chứa đến 90% glucid, trong khi toàn bộ hạt gạo chỉ có khoảng 75% glucid.
Tài liệu HUTECH chỉ ra rằng nội nhũ của các giống lúa có thể có màu trắng trong hoặc trắng đục, với các giống hạt ngắn thường có nội nhũ trắng đục Những giống lúa này thường có một vết trắng ở giữa hạt, được gọi là bạc bụng, bạc lưng hoặc bạc lòng Khi xay xát, các giống lúa có nội nhũ trắng đục dễ bị gãy nát và cần thời gian nấu lâu hơn, đồng thời chất lượng cơm không ngon bằng các giống gạo có nội nhũ trắng trong (Lê Doãn Diên, 2002).
Phôi nằm ở góc dưới nội nhũ, có nhiệm vụ chuyển hóa chất dự trữ thành dinh dưỡng nuôi mộng khi hạt thóc nảy mầm Chứa nhiều protid, lipid và vitamin, phôi cung cấp tới 60% vitamin B1 của toàn hạt thóc Kích thước phôi thay đổi tùy thuộc vào giống và điều kiện canh tác, chiếm từ 2,2 đến 3,5% khối lượng toàn hạt Với cấu trúc xốp và giàu chất dinh dưỡng, phôi dễ bị côn trùng và vi sinh vật tấn công trong quá trình bảo quản, dẫn đến hư hỏng và thường vụn nát thành cám khi xay xát.
Bảng 1.1 : Tỷ lệ từng thành phần của hạt thóc (%khối lượng hạt)
1.1.3 Thành ph ần hóa học của lúa gạo
Thành phần hóa học của hạt lúa thay đổi theo giống lúa, địa hình, phân bón, kỹ thuật canh tác và điều kiện thời tiết Hạt lúa chủ yếu bao gồm nước, protein, glucid, lipid, khoáng chất, vitamin, cellulose và enzyme Trung bình, hạt lúa chứa khoảng 11% đến 13,5% nước và trên 2% protein.
Tài liệu HUTECH lipid, 8 ÷ 9% protein, khoảng 70% hydrocarbon, một lượng muối khoáng, vitamin và enzyme (Vũ Quốc Trung, 1979)
Gạo, sản phẩm chính từ lúa, được gọi là gạo lứt khi lúa đã được bóc vỏ trấu Khi gạo lứt được giã hoặc xát, lớp vỏ hạt sẽ bị vỡ thành cám, trong khi phần còn lại là gạo giã hoặc gạo xát.
Bảng 1.2: Thành phần hóa học của hạt gạo
Các chất khác (%) Toàn bộ hạt 10,07 59,00 4,43 2,76 8,10 2,24 2,18 1,22
Nội nhũ 12,91 79,56 3,54 0,15 2,72 0,67 0,45 - Phôi 41,3 Rất ít 25,12 2,46 9,74 15,04 6,31 0,03
Gạo lứt và gạo trắng có lượng calo, carbohydrate, chất béo và protein tương tự nhau, nhưng gạo trắng thiếu một số vitamin như B1, B3 và khoáng chất như sắt do quá trình xay xát.
Gạo là loại ngũ cốc có hàm lượng protein thấp nhất, nhưng lớp cám và phôi của nó lại chứa nhiều thành phần dinh dưỡng không phải tinh bột Đặc biệt, gạo lứt nổi bật với hàm lượng vitamin B cao nhất trong số các loại ngũ cốc.
Bảng 1.3: Thành phần hóa học của lúa gạo ở độ ẩm 14%
(g N x 5 95) Lipid (g) Xơ thô (g) Tro (g) carbohydrate
Nguồn: (Http://www.fao.org)
Bảng 1.4: Hàm lượng vitamin và muối khoáng lúa gạo ở độ ẩm 14%
Nguồn: (Http://www.fao.org)
1.1.4 Giá tr ị dinh dưỡng của gạo
Bảng 1.5: Giá trị dinh dưỡng một số gạo có màu khác nhau trên thế giới
Nguồn: (Http://www.fao.org)
Theo nghiên cứu của FAO, gạo có sự đa dạng di truyền phong phú với hàng ngàn chủng loại trên toàn thế giới Gạo chưa xát có nhiều màu sắc như trắng ngà, đỏ, tím và đen, trong đó những giống gạo màu sắc thường chứa nhiều chất sinh học có lợi Gạo đen chứa hàm lượng protein và chất xơ cao hơn so với gạo đỏ, hồng, lứt và gạo xát trắng, trong khi gạo đỏ lại nổi bật với hàm lượng sắt (Fe) và kẽm (Zn) vượt trội hơn các loại gạo khác.
T ổng quan về gạo lứt
Gạo lứt, hay còn gọi là Brown rice (Riz complet), là loại gạo có màu nâu đỏ, được xay chỉ để loại bỏ vỏ trấu mà không làm tổn hại đến mầm và cám bên trong, do đó giữ lại nhiều dưỡng chất quý giá Loại gạo này không trải qua quá trình xay xát hay đánh bóng, nên nó có giá trị dinh dưỡng cao hơn so với gạo trắng Các dưỡng chất chính của gạo lứt nằm trong lớp màu nâu, lớp này bị mất đi khi gạo được xay xát để tạo ra gạo trắng.
Gạo được phân loại theo bề dài của hạt gạo :
Gạo lứt chứa 1 – 2% vỏ, lớp aluerone và vỏ gạo chiếm 4 – 6%, phôi 1%, lớp vảy 2% và nội nhũ khoảng 91 – 92% (Nguyễn Nhật Minh Phương, 2010) Theo hàm lượng amylose và kích thước hạt, gạo được chia thành ba loại: gạo hạt ngắn và trung bình có hàm lượng amylose thấp (12 – 20%), trong khi giống hạt dài có hàm lượng amylose trung bình (20 – 25%) (Julianno và Bechtel, 1985).
Vỏ hạt gạo lứt chiếm 5,6 – 6,5% khối lượng hạt gạo, vỏ hạt cấu tạo bởi:
Vỏ ngoài của hạt được cấu tạo từ nhiều lớp tế bào, bao gồm lớp biểu bì ở ngoài cùng với các tế bào dẹt Dưới lớp biểu bì là tầng trung bì, nơi chứa nhiều lớp tế bào nhu mô và các mạch dẫn Tiếp theo là lớp nội bì, bao gồm các tế bào hình ống có chứa chlorophyl khi hạt còn non, và cuối cùng là lớp nội biểu bì nằm dưới lớp nội bì.
Vỏ lụa là lớp tế bào lớn được hình thành từ phôi, mang nhiều màu sắc đa dạng như đỏ, nâu, trắng ngà, mỗi màu sắc đặc trưng cho từng loại lúa khác nhau.
Chiếm 6 – 12% khối lượng hạt, nằm ngay dưới lớp cutin, bao bọc toàn bộ nội nhũ và phôi mầm, độ dày của lớp này phụ thuộc vào giống loài Lớp aleurone chúa nhiều protein, chất béo, đường, tro, vitamin…do đó rất dễ bị oxy hóa Thực tế xay xác gạo làm trắng quá kỹ lớp aleurone bị vở vụn ra cùng lớp vỏ hạt
Phôi là phần quan trọng nằm trong nội nhũ ở góc dưới của hạt gạo, đóng vai trò là nơi dự trữ chất dinh dưỡng Nó có khả năng nảy mầm và phát triển thành cây mới khi gặp điều kiện thích hợp (Dương Thị Phượng Liên, Hà Thanh Toàn, 2012).
Phôi nằm ở góc dưới hạt gạo, chiếm khoảng 2,2 – 3% khối lượng hạt và là bộ phận chứa nhiều chất dinh dưỡng nhất, bao gồm protein, lipid, vitamin B và enzyme Cấu trúc xốp của phôi với tế bào lớn và thành mỏng cho phép trao đổi ẩm, chiếm 70% lượng ẩm mà hạt giao tiếp với môi trường Do đó, phôi có hoạt động sinh lý và sinh hóa mạnh, cần loại bỏ để bảo quản gạo lâu dài Trong quá trình tách vỏ trấu và xát trắng, phôi thường bị loại bỏ hoàn toàn.
1.2.2.4 Nội nhũ Đây là bộ phận có khối lượng lớn nhất của hạt thóc, chiếm tới 72% khối lượng hạt Trong toàn bộ hạt gạo, glucid chỉ khoảng 75% còn trong nội nhũ hàm lượng glucid là 90% và thành phần chủ yếu của glucid nội nhũ là tinh bột Tùy theo điều kiện canh tác và bảo quản mà nội nhũ trắng trong hay trắng đục Phần nội nhũ chính là phần tạo nên giá trị sử dụng của hạt thóc trong các sản phẩm chế biến cũng như trên thị trường tiêu thụ thóc gạo Nội nhũ là phần chủ yếu của hạt thóc, thành phần chủ yếu của nội nhũ là tinh bột (chiếm đến 90%) Tùy theo điều kiện canh tác và giống lúa, nội nhũ có màu trắng trong hay trắng đục (giống hạt dài nội nhũ có màu trắng trong, giống hạt bầu nội nhũ trắng đục) Sự hiện diện của protein và tinh bột chịu trách nhiệm cho sự thay đổi trong quá trình già của hạt gạo
1.2.3 Thành ph ần hóa học của gạo lứt
Bảng 1.6: Thành phần hóa học (tính theo trọng lượng khô) của gạo lứt, gạo xát và cám
Cấu tử Gạo lứt Gạo xát Cám
Phần lớn protein, lipid, khoáng chất và vitamin tập trung ở lớp ngoại vi của hạt gạo, chủ yếu ở các tế bào của lớp aleuron và phôi Trong khi đó, phần trung tâm của hạt gạo chủ yếu được cấu tạo từ tinh bột, với một lượng nhỏ lipid, protein và khoáng chất.
Hạt gạo chứa nhiều vitamin, đặc biệt là các vitamin nhóm B, với sự phân bố không đồng đều Khoảng 47% thiamin (vitamin B1) tập trung chủ yếu ở phôi gạo, trong khi 34,5% nằm ở màng ngoài và lớp aleuron, chỉ có 8% trong nội nhũ Riboflavin (vitamin B2) phân bố đồng đều hơn trong hạt gạo nhưng vẫn có nồng độ cao ở phôi.
Gạo là loại ngũ cốc giàu pyridoxin (Vitamin B6) với hàm lượng lên tới 6,6% Niacin (Vitamin PP) chủ yếu tập trung ở màng ngoài và lớp aleuron, chiếm 82%, trong khi chỉ có 15% nằm trong nội nhũ Ngoài ra, trong dầu cám gạo còn chứa tocopherol (Vitamin E) và một lượng nhỏ sắc tố.
Bảng 1.7: Gía trị dinh dưỡng của gạo lứt
Đạm trong gạo lứt có giá trị sinh học cao, dễ tiêu hóa và cung cấp đầy đủ các acid amin cần thiết cho sự phát triển của cơ thể Nó giúp tạo ra tế bào mới, bù đắp cho những chỗ hao mòn và sản xuất các phân tử quan trọng trong các quá trình sinh hóa của cơ thể.
Dầu cám giúp làm mềm mại mạch máu, giảm cholesterol, ngăn ngừa xơ cứng động mạch và kiểm soát huyết áp Bên cạnh đó, acid linoleic có trong dầu cám rất cần thiết cho sự phát triển và tái tạo tế bào, đồng thời hỗ trợ chống mất nước và bảo vệ cơ thể khỏi tác động của phóng xạ.
Tinh bột 70520 65400 Tạo năng lượng trực tiếp và đều đặn, điều hòa sự chuyển hóa chất đạm và chất béo, phòng
Tài liệu HUTECH chống bệnh tiểu đường và tim mạch
Hỗ trợ tiêu hóa và hợp tác với các vi khuẩn có lợi trong ruột để sản xuất vitamin B1 và B12 Vitamin B12 đóng vai trò quan trọng trong các quá trình sinh hóa của cơ thể, giúp tạo máu và điều trị các biến chứng liên quan đến tổn thương thần kinh.
Vitamin giúp chuyển hóa carbohydrate trong thực phẩm thành năng lượng, hỗ trợ hoạt động của hệ thần kinh, mang lại tâm trạng phấn chấn Ngoài ra, vitamin còn giúp chống tê phù, táo bón và giảm stress hiệu quả.
Làm đẹp người, ngừa các chứng viêm miệng, môi lưỡi và khô mắt (vây cá)
Rất dồi dào trong mầm gạo, chống viêm da
Giữ độ bền dai của cơ thể, cầm máu, chống viêm nhiễm, làm vết thương nhanh lành
Cần cho sự phát triển xương và các sắc tố chức khác, tốt cho mắt, phòng chống ung thư
T ổng quan về gạo mầm
Gạo mầm được sản xuất từ gạo lứt thông qua quá trình ngâm nước và nảy mầm trong điều kiện nhiệt độ và thời gian thích hợp, giúp tạo ra loại gạo có hoạt tính sinh học cao Quá trình này không chỉ nâng cao giá trị dinh dưỡng của gạo lứt mà còn tạo ra sản phẩm với giá trị dinh dưỡng vượt trội.
Quá trình nảy mầm của gạo lứt cải thiện chất lượng gạo, chịu ảnh hưởng bởi các yếu tố như thời gian nảy mầm, ánh sáng và hàm lượng dinh dưỡng trong hạt Khi nảy mầm, enzyme nội bào trong hạt gạo hoạt động, phân cắt protein và tinh bột thành các chất có khối lượng phân tử nhỏ, giúp tiêu hóa tốt hơn nhờ sự thủy phân của enzyme amylase Ngoài ra, quá trình này còn làm tăng hàm lượng GABA, chất xơ, tocotrienols và Gamma oryzanol, mang lại nhiều lợi ích dinh dưỡng cho người tiêu dùng.
Cần cho răng và xương Đẩy mạnh sự phát triển của cơ thể
Tham gia tạo máu, chống bệnh bạch huyết và u bướu ác tính
Tăng cường nhu động ruột và dạ dày, loại chất độc qua đường bài tiết
Thông hô hấp, tiêu đờm, chữa hen suyễn
Gạo mầm, theo nghiên cứu của P.Dinesh và cộng sự (2009), là một loại gạo tiên tiến với giá trị dinh dưỡng cao, bao gồm vitamin, khoáng chất và các dưỡng chất thiết yếu giúp cơ thể chống lại bệnh tật, lão hóa và tăng cường sức khỏe Với chỉ số Glycemic thấp, gạo mầm hỗ trợ kiểm soát lượng đường trong máu, rất quan trọng cho bệnh nhân tiểu đường và những người muốn quản lý cân nặng Ngoài ra, gạo mầm còn là nguồn dồi dào magie, giúp giảm triệu chứng của bệnh hen suyễn, huyết áp cao, đau nửa đầu, bệnh tim và đột quỵ.
1.3.2 Các công đoạn quan trọng trong công nghệ sản xuất gạo mầm
Nảy mầm là quá trình phát triển của phôi trong hạt, bắt đầu khi hạt gạo khô hấp thu nước Quá trình này kết thúc với sự phát triển của phôi và hình thành rễ mầm, tiếp theo là sự phát triển thành cây con (Bewley and Black, 1994).
Hạt gạo khô chứa một lượng nước liên kết, và khi nước từ bên ngoài thấm vào, nó hòa tan các chất dự trữ và kích hoạt enzyme, giúp phân giải hợp chất cao phân tử thành các chất đơn giản nuôi dưỡng sự phát triển của phôi Phôi là bộ phận hút nước mạnh nhất, đặc biệt trong 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 trương nở mạnh, nhưng sức hút nước của hạt sẽ giảm dần theo thời gian.
Quá trình nảy mầm của hạt phụ thuộc vào điều kiện bên trong và bên ngoài
Thời gian sống sót của hạt giống phụ thuộc vào loại hạt và điều kiện bảo quản (Mayer và Poljakoff-Mayber, 1975) Để hạt gạo nảy mầm, cần cung cấp môi trường thuận lợi với đủ nước, nhiệt độ thích hợp, thành phần không khí phù hợp và ánh sáng đầy đủ.
1.3.2.2 Những biến đổi khi nảy mầm
Biến đổi sinh hóa trong quá trình nảy mầm đặc trưng bởi sự gia tăng đột ngột hoạt động thủy phân trong hạt Các polymer dự trữ được phân giải thành monomer để hỗ trợ cho sự nảy mầm Do đó, enzyme thủy phân, đặc biệt là α-amylase, được tổng hợp mạnh mẽ và hoạt tính của chúng cũng tăng nhanh khi hạt bắt đầu quá trình sinh trưởng.
Khi tinh bột được thủy phân thành đường, nó trở thành nguyên liệu quan trọng cho quá trình hô hấp, trong khi hoạt tính của protease tăng cường đáng kể Ngoài ra, nếu hạt chứa nhiều chất béo, hoạt tính của lipase sẽ nổi bật hơn.
Biến đổi sinh lý quan trọng nhất trong quá trình nảy mầm là hô hấp Sau khi hạt hấp thụ nước, hoạt động của các enzyme liên quan đến hô hấp tăng mạnh, dẫn đến sự gia tăng nhanh chóng cường độ hô hấp của hạt Sự gia tăng này cung cấp đủ năng lượng cần thiết cho quá trình nảy mầm của cây.
1.3.2.3.Các giai đoạn của quá trình nảy mầm a Giai đoạn một: Sự hoạt hóa
Sự hút ẩm là quá trình vật lý quan trọng, trong đó hạt khô hấp thu nước, làm tăng hàm lượng nước và làm mềm vỏ hạt, dẫn đến việc hạt trương lên và vỏ nứt ra Sau khi 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 tiếp theo là sự phân giải các chất dự trữ và vận chuyển chúng để hỗ trợ quá trình phát triển của hạt.
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 được vận chuyển đến vị trí tăng trưởng của trục phôi.
Khi hạt thóc nảy mầm, các hoạt động sinh tổng hợp của tế bào được kích hoạt, dẫn đến sự hấp thu nước và hô hấp diễn ra đều đặn Hiện tượng này cũng gây ra sự biến đổi về màu sắc và thành phần hóa học của hạt.
+ Hàm lượng tinh bột giảm đáng kể
+ Hàm lượng đường tăng cao
+ Enzyme amylase phát triển mạnh c 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 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) Ngoài ra, các quá trình enzyme cũng diễn ra khi hạt nảy mầm.
Trong hạt khô, enzyme tồn tại dưới dạng liên kết và chuyển sang trạng thái hoạt động khi hạt bắt đầu nảy mầm Bên cạnh đó, một số enzyme mới cũng được tổng hợp trong quá trình này.
1.3.3 Thành ph ần và đặc tính của gạo mầm
Bảng 1.8: Hàm lượng dinh dưỡng của gạo mầm
Chất béo là nguồn cung cấp axit béo thiết yếu cho tế bào, tim và các quá trình chuyển hóa năng lượng trong cơ thể Nhiều axit béo cần thiết không thể tự tổng hợp mà cần được bổ sung từ thực phẩm bên ngoài.
+ Hỗ trợ làm giảm cholesterol và triglycerid trong máu
+ Bồi dưỡng mô võng mạc mắt, giúp sáng mắt, giảm mỏi mắt
+ Hỗ trợ tim mạch, trí não
Các ch ất kháng oxy hóa
Chất kháng oxy hóa là hóa chất có khả năng ngăn chặn hoặc làm chậm quá trình oxy hóa của các chất dễ bị oxy hóa ngay cả ở nồng độ thấp Oxy hóa là phản ứng hóa học trong đó electron được chuyển giao cho chất oxy hóa, dẫn đến sự hình thành các gốc tự do có thể gây ra phản ứng dây chuyền phá hủy tế bào sinh vật.
Chất kháng oxy hóa ngăn quá trình phá hủy này bằng cách khử đi các gốc tự do,
Tài liệu HUTECH chỉ ra rằng quá trình kìm hãm sự oxy hóa diễn ra thông qua việc oxy hóa các chất này Để đạt được điều này, người ta thường sử dụng các chất khử như thiol hoặc polyphenol làm chất kháng oxy hóa hiệu quả.
Phản ứng oxy hóa là một quá trình cơ bản trong đời sống, nhưng có thể được ngăn chặn nhờ vào hệ thống chất chống oxy hóa phong phú mà động thực vật sản sinh, bao gồm glutathione, vitamin C, vitamin E, enzyme catalase, superoxide dismutase và axít citric Những chất kháng oxy hóa yếu, hay còn gọi là chất ức chế, có thể gây hại cho tế bào.
Chất kháng oxy hóa được phân loại theo 2 nhóm chính:
Chất kháng oxy hóa tự nhiên là những hợp chất có khả năng phá vỡ chuỗi phản ứng của gốc tự do lipid, chuyển hóa chúng thành các sản phẩm bền vững hơn Các chất này chủ yếu bao gồm các cấu trúc phenolic.
Khoáng chất là những yếu tố đồng nhân cần thiết cho enzyme kháng oxy hóa Việc thiếu hụt khoáng chất có thể gây ảnh hưởng tiêu cực đến quá trình chuyển hóa các đại phân tử như carbohydrate.
Gồm có: Selenium, đồng, sắt, kẽm, magie
Vitamin: cần thiết cho phần lớn các quá trình chuyển hóa trong cơ thể Gồm có:vitamin E, C, B
Phytochemical: là những hợp chất còn lại ngoài khoáng chất và vitamin
Gồm có:flavonoid, catechin, carotenoid, beta carotene, lycopene,…
Synthetic antioxidants are phenolic compounds that play a crucial role in capturing free radicals and preventing chain reactions Key examples include Butylated Hydroxyl Anisole (BHA), Butylated Hydroxy Toluene (BHT), Propyl Gallate (PG), the metal chelating agent Ethylenediaminetetraacetic Acid (EDTA), Tertiary Butyl Hydroquinone (TBHQ), and Nordihydroguaiaretic Acid (NDGA).
1.4.3 Đăc điểm của chất kháng oxy hóa
Các chất kháng oxy hóa phổ biến trong thực phẩm hiện nay chủ yếu là monohydroxy và polyhydroxy phenol Những hợp chất này có năng lượng hoạt hóa thấp, giúp giải phóng hydro hiệu quả Đặc biệt, các gốc tự do kháng oxy hóa không sinh ra gốc tự do khác nhờ vào sự ổn định trong quá trình giải tỏa điện tích.
Các gốc tự do kháng oxy hóa không bị oxy hóa nhanh
Các chất kháng oxy hóa có thể phản ứng với gốc tự do lipid để tạo thành dạng hợp chất bền
1.4.4 Cơ chế của chất kháng oxy hóa
Chất kháng oxy hóa cho nguyên tử hydro cho gốc tự do tạo phức giữa gốc lipid và gốc kháng oxy hóa
Phản ứng giữa gốc tự do và chất kháng oxy hóa
1.4.5.1 Khái niệm và phân loại
Hợp chất phenol là một nhóm quan trọng trong các hợp chất thứ cấp của thực vật, với sự hiện diện phong phú và đa dạng trong cấu trúc Phenol được định nghĩa là các hợp chất hữu cơ có nhóm hydroxyl (-OH) liên kết trực tiếp với nguyên tử cacbon của vòng benzen Thực vật có khả năng tổng hợp hàng ngàn hợp chất khác nhau như monophenol, diphenol và polyphenol, tùy thuộc vào số lượng nhóm hydroxyl gắn vào vòng benzen.
Polyphenol là các hợp chất có cấu trúc phân tử chứa nhiều vòng benzen, với một hoặc nhiều nhóm hydroxyl Dựa vào đặc điểm cấu tạo hóa học, các hợp chất polyphenol được phân loại thành các nhóm chính.
- Nhóm hợp chất phenol C6 – C 1 : galic acid, vallinin, protocatechin, …
- Nhóm hợp chất phenol C6 – C 3 : cafeic acid, cynnamic acid, ferulic acid, …
- Nhóm hợp chất phenol C6 – C 3 – C 6 : các hợp chất flavonoid: flavanol (epicatechin, epigallocatechin, …), flavon (quecetin, kampherol, …), anthocyanin, tannin, …
1.4.5.2 Tính chất và chức năng
Các polyphenol có chứa gốc pyrocatechic hoặc pyrogalic nên chúng có thể tham gia phản ứng oxy hóa – khử, phản ứng cộng và ngưng tụ
- Phản ứng oxy hóa – khử: dưới tác dụng của enzym polyphenol oxydase, các polyphenol bị oxy hóa tạo thành quinon
- Phản ứng cộng: khi có mặt các acid amin thì các quinon này sẽ tiến hành phản ứng cộng cới acid amin để tạo thành các octoquinon tương ứng
- Phản ứng ngưng tụ: các octoquinon này dễ dàng ngưng tụ với nhau để tạo thành các sản phẩm có màu gọi chung là flobafen
Đối với thực vật, các hợp chất polyphenol đảm nhận các chức năng sau (Ngô Xuân Mạnh, 2006):
- Polyphenol tạo màu sắc (màu đỏ dâu tây, táo, màu tím của sim, khoai tây…)
Các hợp chất phenol đóng vai trò quan trọng trong các phản ứng oxi hóa khử, chẳng hạn như ubiquinon, tham gia vào việc vận chuyển proton (H+) và electron (e-) trong chuỗi enzyme hô hấp, trong khi plastoquinon đảm nhận nhiệm vụ vận chuyển electron trong quá trình quang phosphoryl hóa.
- Điều hòa sinh trưởng thực vật:
Phenolic acids and their derivatives, such as phenic acid, serve as effective inhibitors of seed germination in crops like wheat and apples Additionally, caffeic acid plays a role in suppressing the oxidase enzyme of indoleacetic acid, further contributing to the regulation of plant growth and development.
+ p-cumaric acid kích thích sự sinh trưởng của cây
- Quyến rũ côn trùng, chim trong việc thụ phấn và phát tán hạt
- Chống lại sự xâm nhập của vi sinh vật, nấm bệnh phá hoại cây Ví dụ salisilic acid do cây sồi tiết ra có tác dụng diệt khuẩn
Đối với cơ thể con người (Massimo D’Archivio, 2007):
Polyphenol được biết đến với khả năng chống oxy hóa mạnh mẽ, giúp bảo vệ cơ thể khỏi các gốc tự do Chúng có khả năng chuyển electron trong chuỗi hô hấp, đóng vai trò quan trọng trong quá trình sinh năng lượng Đặc biệt, polyphenol có thể tạo phức bền với các kim loại, góp phần nâng cao hiệu quả chống oxy hóa của chúng.
Tài liệu HUTECH có trọng lượng lớn, dẫn đến việc giảm hoạt tính xúc tác của chúng, đồng thời cũng có khả năng ngăn chặn các quá trình hình thành gốc tự do.
- Ngoài ra, polyphenol còn có khả năng ức chế sự phát triển của vi nấm
- Nhiều polyphenol có hoạt tính vitamin P, nghĩa là có khả năng làm tăng độ đàn hồi và chuẩn hóa tính thẩm thấu của vi ti huyết quản
- Hiện nay nhiều tài liệu nghiên cứu polyphenol có khả năng chống và ức chế các tế bào ung thư và sự hấp thụ tia tử ngoại
Hình 1.2 Sơ đồ phân loại các hợp chất polyphenol (Manjeet Singh, 2008)
Anthocyanin là các glucozit được hình thành từ sự kết hợp giữa các gốc đường như glucose và galactose với gốc aglucon có màu sắc, gọi là anthocyanidin Aglucon của anthocyanin có cấu trúc cơ bản và các gốc đường thường được gắn tại các vị trí 3, 5 và 7, trong đó vị trí 3 và 5 là phổ biến hơn, còn vị trí 7 rất hiếm Các phân tử anthocyanin gắn đường tại vị trí 3 được gọi là monoglycozit, trong khi gắn tại cả hai vị trí 3 và 5 được gọi là diglycozit.
Các aglucon của anthocyanin khác nhau chính là do các nhóm gắn vào vị trí
R 1 và R 2 , thường là H, OH hoặc OCH3 (Jon Wright, 1998)
Hình 1.3 Cấu trúc cơ bản của anthocyanin
Theo nghiên cứu của Wrolstad và cộng sự (2002), anthocyanin tinh khiết có thể tồn tại dưới dạng tinh thể hoặc vô định hình, là hợp chất phân cực và tan tốt trong dung môi phân cực Màu sắc của anthocyanin thay đổi tùy thuộc vào pH, nhiệt độ, các chất màu và nhiều yếu tố khác; màu sẽ càng xanh đậm khi số lượng nhóm OH trong vòng benzen tăng lên, với 1-3 nhóm OH có thể xuất hiện trong cấu trúc vòng benzen.
Mức độ methyl hóa nhóm OH trong vòng benzene càng cao thì màu càng đỏ
VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
P hương pháp nghiên cứu
Cân 100g gạo lứt, rửa với nước cất 3 lần nhằm loại bỏ các chất bẩn bên ngoài hạt gạo và các hạt không đạt tiêu chuẩn
Ngâm gạo theo thời gian khảo sát, cứ sau 4 tiếng thì rửa và thay nước 1 lần
Sau khi ngâm, gạo được ủ 48 h trong hộp nhựa được đục lỗ 6 mặt và khống chế theo chu trình sinh học ngày đêm
Với điều kiện sáng: để gạo trong môi trường có ánh sáng đầy đủ
Với điều kiện tối: để gạo trong phòng tối không bật đèn
2.2.3 Phương pháp chuẩn bị dịch trích
2.2.3.1 Chuẩn bị các dịch tríchđể đo hàm lượng monomeric anthocyanin
Các mẫu nguyên liệu được nghiền mịn qua sàng 0,25mm, sau đó cân 2g bột nguyên liệu cho vào bình tam giác có nắp, ngâm và lắc trong 10 ml dung dịch 70% methanol Hỗn hợp này được lắc trong 4 giờ ở nhiệt độ phòng, sau đó ly tâm ở 12000 vòng/phút trong 15 phút, lọc qua giấy lọc và định mức bằng 50 ml dung môi ethanol Cuối cùng, lấy 10ml dịch chiết pha loãng với dung dịch đệm pH = 1,0 và pH = 4,5 trong bình định mức 50 ml để đo hàm lượng monomeric anthocyanin bằng máy so màu UV theo phương pháp pH vi sai ở bước sóng 510 nm và 700 nm.
2.2.3.2 Chuẩn bị dịch trích để xác định hàm lượng acid phenolic và thử hoạt tính kháng oxy hóa với gốc tự do DPPH
Mẫu nguyên liệu được nghiền mịn qua rây 0,25mm, sau đó cân 2g mẫu vào 20 ml dung dịch 80% methanol Hỗn hợp được lắc 24 giờ ở nhiệt độ phòng, ly tâm ở 8000 vòng/phút trong 25 phút và lọc bằng giấy lọc Dung môi sau lọc được bốc hơi trong thiết bị cô quay chân không ở 40 oC, mẫu thu được được bảo quản ở -4 oC Đối với mẫu thử hoạt tính kháng oxy hóa với gốc tự do DPPH, trước khi đo, cân lại các mẫu chiết và hòa tan vào dung môi methanol với nồng độ 100mg/ml, sau đó pha loãng thành các mẫu có nồng độ từ 0,25 đến 4 mg/ml.
Tài liệu HUTECH nồng đồ thấp hơn để phản ứng với thuốc thử DPPH và xác định giá trị IC50
- Chuẩn bị húa chất: dung dịch DPPH 100 àM
Bảng 2.1: Bảng pha nồng độ của quy trình thử hoạt tính ức chế gốc tự do DPPH (Đối với các mẫu cám, gạo, cơm)
Mẫu (ml) 0 0,09 (90 àl) 0,06 (60 àl) 0,03 (30 àl) 0,015 (15 àl)
Bảng 2.2: Bảng pha nồng độ của quy trình thử hoạt tính ức chế gốc tự do DPPH
Quy trình thử hoạt tính ức chế gốc tự do DPPH bao gồm việc thực hiện một mẫu trắng tương ứng với mỗi nồng độ mẫu thử Mẫu trắng này tương tự như mẫu thử nhưng sử dụng dung môi ethanol thay vì DPPH.
Đối với những mẫu thử có hoạt tính mạnh với IC50 < 1 mg mL -1 (mẫu ướt) và IC50 < 0,01 mg mL -1 (mẫu khô), cần pha loãng dung dịch mẫu xuống nồng độ thấp hơn khoảng 10 lần Sau đó, tiến hành thử hoạt tính với nồng độ mẫu thử từ 0,025 đến 0,4 mg mL -1 để xác định IC50 Thí nghiệm này cung cấp cơ sở đánh giá hoạt tính của các mẫu khảo sát.
BHA và acid ascorbic được sử dụng làm chất chuẩn do có hoạt tính mạnh đối với gốc tự do, được tham khảo trong nhiều tài liệu Đối với mẫu thử xác định acid phenolic, sau khi thu được cặn thô và bảo quản ở nhiệt độ 0°C, cần cân lại các mẫu chiết và hòa tan vào dung môi methanol Sau đó, pha loãng các mẫu đến nồng độ phù hợp để đảm bảo giá trị mật độ quang đo nằm trong khoảng 1/3 – 2/3 đường chuẩn của từng mẫu.
Quy trình dựng đường chuẩn của acid gallic để xác định tổng hàm lượng polyphenol
Dung dịch sau ủ Đo quang (λ = 517 nm)
Hình 2.3 Quy trình xây dựng đường chuẩn acid gallic
Từ dung dịch acid gallic gốc 1000 àg mL -1 pha dóy chuẩn acid gallic với nồng độ như bảng sau.
Bảng 2.3:Bảng pha nồng độ xây dựng dãy chuẩn acid gallic
Ghi chú: V 1 : thuốc thử folin-ciocalteau (1:5), V 2 : dung dịch Na 2 CO 3 10%, V 3 : nước cất , (*): thể tớch acid gallic rỳt từ chuẩn trung gian 100 àg mL -1 , (**): thể tớch acid gallic
2.2.4 Phương pháp sấy đến khối lượng không đổi
Sấy cốc cho khô và cân khối lượng cốc (m)
Cân 3g nguyên liệu vào cốc và cân với độ chính xác 0.0001g Cốc có mẫu trước sấy có khối lượng m1
800 àL dung dịch Na2CO 3 10% (w/v) Đo mật độ quang ở 737 nm
600àL thuốc thử Folin-Ciocalteau (1:5)
- Thờm nước cất đến 3000àL
- Ủ 30 phút trong bóng tối Dung dịch mẫu thử
Tài liệu HUTECH độ trên
Sấy trong 3 giờ + 5 phút, đậy nắp, lấy cốc ra làm nguội trong bình hút ẩm về nhiệt độ phòng trong 20 phút rồi cân
Sấy lại hơn 1 giờ nữa và cân lại với độ chính xác 0.0001g
Sấy nguyên liệu đến khi khối lượng không đổi để xác định giá trị m2, tương ứng với khối lượng của cốc và mẫu sau sấy Độ ẩm (W %) của nguyên liệu được tính theo công thức quy định.
Trong đó m 0 : khối lượng của cốc , g m 1 : khối lượng mẫu trước khi sấy, g m 2 : khối lượng mẫu sau khi sấy, g
2.2.5 Phương pháp xác định hàm lượng monomeric anthocyanin
Hàm lượng monomeric anthocyanin được xác định bằng phương pháp pH vi sai
Phương pháp pH vi sai (AOAC 2005.02) sử dụng nguyên tắc chất màu anthocyanin, trong đó anthocyanin thay đổi theo pH Tại pH = 1, anthocyanin tồn tại dưới dạng oxonium hoặc flavium với độ hấp thụ cực đại, trong khi tại pH = 4,5, chúng chuyển sang dạng carbinol không màu Để xác định mật độ quang của mẫu, cần đo tại pH = 1 và pH = 4,5 ở bước sóng hấp thụ cực đại 510 nm, so sánh với độ hấp thụ tại bước sóng 700 nm.
Dựa trên công thức của định luật Lambert-Beer
I lg Io : Đặc trưng cho mức độ ánh sáng yếu dần khi đi qua dung dịch hay còn gọi là mật độ quang, ký hiệu là A
I: Cường độ ánh sáng sau khi đi qua dung dịch;
I 0 : Cường độ ánh sáng chiếu vào dung dịch;
C: Nồng độ chất nghiên cứu, mol/l; l: Chiều dày của lớp dung dịch mà ánh sáng đi qua;
Tài liệu HUTECH glucoside, mg/L và được tính theo công thức:
Trong đó: A = (Aλ510 pH=1 – A 700nm pH=1 ) - (A λ510 pH= 4,5 – A 700nm pH= 4,5 )
Với Aλ510, A 700nm: Độ hấp thụ tại bước sóng cực đại 510 và 700nm, ở pH = 1 và pH = 4,5
MW: khối lượng phân tử của cyanidin-3-glucoside (cyd-3-glu) = 449.2 g/mol;
DF = hệ số pha loãng; ε = 26,900, (L x mol –1 x cm –1 ), đối với cyd-3-glu; L = 1, chiều dày cuvet, cm;
10 3 = hệ số chuyển đổi g thành mg
Từ đó tính được hàm lượng monomeric anthocyanin theo phần trăm:
Trong đó: a: Lượng anthocyanin tính được theo công thức trên, mg; m: Khối lượng nguyên liệu ban đầu, mg; w: Độ ẩm nguyên liệu, %
2.2.6 Phương pháp xác định tổng hàm lượng acid phenolic
Hàm lượng acid phenolic được xác định bằng phương pháp Folin-Ciocalteau, một kỹ thuật đo màu dựa vào phản ứng oxy hóa khử giữa polyphenol và thuốc thử Folin-Ciocalteau, gồm phosphomolybdat và phosphotungstat Trong môi trường kiềm, thuốc thử oxy hóa polyphenol, tạo ra các acid heteroply có màu xanh da trời với cực đại hấp thu ở 737 nm Tổng hàm lượng polyphenol được tính dựa trên lượng acid gallic chuẩn, với kết quả được biểu diễn bằng mg acid gallic trên g mẫu khô.
Thuốc thử Folin-Ciocalteau: 3H2O.P 2 O 5 13WO 3 5MoO 3 10H 2 O
Na 2 CO 3 Màu xanh λmax = 737 nm
2.2.7 Phương pháp xác định khả năng kháng oxy hóa
Khả năng kháng oxy hóa được xác định bằng phương pháp ức chế gốc tự do DPPH (Michael Antolovich, 2002)
Phương pháp thử hoạt tính ức chế gốc tự do DPPH là một kỹ thuật đơn giản, nhanh chóng và dễ ổn định DPPH (2,2-diphenyl-1-picrylhydrazyl) là một gốc tự do có màu tím tương tự như KMnO4, không tan trong nước nhưng hòa tan trong ethanol và methanol Dung dịch DPPH có cực đại hấp thu tại bước sóng 517 nm, với sản phẩm khử là 2,2-diphenyl-1-picrylhydrazin (DPPH-H) Phương trình phản ứng và phần trăm ức chế cùng giá trị IC50 là các yếu tố quan trọng trong việc đánh giá khả năng ức chế của các chất chống oxy hóa.
Khả năng chống oxi hóa của các hợp chất được tính dựa trên phần trăm ức chế
Hình 2.4 Công thức cấu tạo của acid gallic
DPPH : H (màu vàng cam nhạt) DPPH (màu tím)
𝑄(%) =�1−(A0− 𝐴𝑐)�× 100 Trong đó: A là độ hấp thu của dung dịch chứa mẫu thử
A 0 là độ hấp thu của DPPH khi không có mẫu
A c là độ hấp thu của dung dịch chứa chất đối chiếu chế được xác định theo công thức:
Mỗi mẫu ban đầu được thử với 4 nồng độ khỏc nhau: 100, 50, 25, 10 àM (hoặc àg ml -
Mỗi nồng độ được tiến hành ba lần, từ đó tính được ba giá trị phần trăm ức chế I(%) Trung bình ba giá trị này sẽ cho ra phần trăm ức chế trung bình cho từng nồng độ khảo sát Nếu mẫu thử cho thấy hoạt tính mạnh, sẽ tiếp tục thử nghiệm ở các nồng độ thấp hơn như 10, 5, 2, 1 µM (hoặc mg ml⁻¹) để xác định giá trị IC50.
Giá trị IC50 là chỉ số quan trọng để đánh giá khả năng ức chế của một mẫu khảo sát đối với các gốc tự do hoặc enzym, được định nghĩa là nồng độ cần thiết để ức chế 50% hoạt động của chúng Mẫu có hoạt tính cao sẽ có giá trị IC50 thấp hơn Để xác định giá trị IC50, cần thực hiện các thí nghiệm đo lường mức độ ức chế của mẫu đối với mục tiêu cụ thể.
- Tiến hành khảo sát hoạt tính của mẫu ở nhiều nồng độ khác nhau
Đối với các mẫu có hoạt tính biến thiên tuyến tính theo nồng độ, chúng ta có thể xây dựng một đường thẳng y = ax + b đi qua tất cả các điểm, trong đó y đại diện cho phần trăm ức chế và x là nồng độ.
Đối với các mẫu có hoạt tính phi tuyến tính theo nồng độ, chúng ta có thể gần đúng bằng cách chọn hai nồng độ ức chế nằm trên và dưới mức 50% Sau đó, tiến hành vẽ đường thẳng theo phương trình y = ax + b để phân tích kết quả.
- Sau khi dựng được đường thẳng y = ax + b với 2 hệ số a và b đã biết Thay y = 50% vào phương trình ta sẽ tính được giá trị x, đó chính là giá trị IC50
2.2.8 Phương pháp xử lý số liệu
Tất cả dữ liệu được trình bày dưới dạng giá trị trung bình ± độ lệch chuẩn từ ba lần đo Mối tương quan giữa khả năng chống oxy hóa và hàm lượng tổng acid phenolic được phân tích thông qua biểu đồ tương quan và hồi quy trong Microsoft Excel 2007.
B ố trí thí nghiệm
Xác định thời gian ngâm để hạt đạt độ ẩm thích hợp
Tỷ lệ gạo : nước (w/w) là 1 : 2
2.3.1.4 Hàm mục tiêu Độ ẩm hạt gạo sau khi ngâm đạt 30-31%
2.3.2 Thí nghi ệm 2: Khảo sát hàm lượng anthocyanin của gạo mầm ở các điều ki ện nảy mầm khác nhau
Xác định hàm lượng Anthocyanin trong gạo mầm
2.3.2.2 Thông số khảo sát Ánh sáng: 50% sáng 50% tối, 100% sáng
2.3.3 Thí nghi ệm 3: Khảo sát hàm lượng polyphenol của gạo mầm ở các điều ki ện nảy mầm khác nhau
Xác định hàm lượng Polyphenol trong gạo mầm
2.3.3.2 Thông số khảo sát Ánh sáng: 50% sáng 50% tối, 100% tối
Nhiệt độ: 10 O C, 20 O C, 30 O C Ánh sáng Nhiệt độ ủ ( O C) Polyphenol tổng Gạo lứt
2.3.4 Thí nghi ệm 4: Khảo sát khả năng kháng oxy hóa của gạo mầm ở các điều kiện nảy mầm khác nhau
Xác định khả năng kháng oxy hóa của gạo mầm
2.3.4.3 Thông số khảo sát Ánh sáng: 50% sáng 50% tối, 100% tối
Nhiệt độ: 10 O C, 20 O C, 30 O Ánh sáng Nhiệt độ ủ ( O C) %DPPH Gạo lứt
Phần trăm gốc tự do DPPH bị ức chế
