Đồ án tốt nghiệp 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 = 25°c)

TỔNG QUAN

Nguyên liệu

Lúa nương có vai trò quan trọng trong việc đảm bảo an ninh lương thực cho các đồng bào thiểu số miền núi, đặc biệt là tại các huyện vùng cao và xa xôi Đây là phương thức canh tác truyền thống của người dân tộc Tây Nguyên, với tổng diện tích trồng lúa nương ở khu vực này lên tới khoảng 24.970 ha.

Lúa nương, một giống lúa truyền thống, có khả năng chịu đựng khí hậu khắc nghiệt và được trồng chủ yếu ở vùng Tây Nguyên và trung du miền núi phía Bắc, với tổng diện tích khoảng 104.200 ha, chiếm 28,5% diện tích đất trồng cây hằng năm Phương pháp trồng lúa nương không sử dụng thuốc bảo vệ thực vật, làm cho nó trở thành sản phẩm nông nghiệp xanh và sạch Trong quá trình phát triển, cây lúa vượt qua những điều kiện thời tiết khó khăn, hấp thụ dương khí từ đất trời, tạo ra hạt gạo chất lượng cao, phù hợp cho chế độ dinh dưỡng hàng ngày và sản phẩm thực phẩm chức năng Năng suất lúa nương đạt 11,7 tạ/ha, góp phần quan trọng vào hiệu quả sử dụng đất tại Tây Nguyên.

Gạo nương đỏ hạt tròn từ lâu đã trở thành nguyên liệu quý giá trong ẩm thực của người dân tộc Tây Nguyên, thể hiện giá trị văn hóa và truyền thống của họ Món quà này không chỉ mang lại dinh dưỡng mà còn gắn liền với phong tục tập quán của đồng bào nơi đây.

Tài liệu HUTECH đã gửi tặng cho các đồng bào ở các tỉnh thành khác nhưng chưa thu hút sự quan tâm nghiên cứu từ các nhà khoa học Gạo nương đỏ hạt tròn với cấu trúc cứng chắc chưa đáp ứng được sở thích của phần lớn người tiêu dùng Nảy mầm là phương pháp không chỉ làm tăng một số hợp chất sinh học giá trị mà còn giúp cấu trúc hạt gạo trở nên xốp hơn Dự đoán rằng sản phẩm gạo mầm sẽ có giá trị dinh dưỡng cao hơn và cải thiện khả năng chế biến Nghiên cứu này sẽ làm sáng tỏ giá trị dinh dưỡng và giá trị sử dụng của gạo nương đỏ, từ đó khuyến khích đồng bào dân tộc 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 dinh dưỡng bên ngoài Lớp cám này chứa nhiều vitamin quan trọng như E, B1, B3, B6, cùng với magiê, mangan, chất xơ và sắt, mang lại nhiều lợi ích cho sức khỏe.

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 thật dài có chiều dài trên 6,5 mm và tất cả các loại gạo lứt đều rất bổ dưỡng, vì vậy nên được sử dụng trong các bữa ăn hàng ngày Mặc dù thời gian nấu gạo lứt kéo dài khoảng 45 phút, nhưng bạn có thể nấu một lần cho nhiều bữa ăn.

Gạo lứt là một thực phẩm giàu dinh dưỡng hơn gạo trắng, và khi được ngâm trong nước ấm khoảng 22 giờ, nó còn gia tăng giá trị dinh dưỡng nhờ vào quá trình nảy mầm Khoa học đã chỉ ra rằng các enzyme trong hạt gạo được kích thích hoạt động, cung cấp tối đa các chất dinh dưỡng Theo giáo sư Hiroshi Kayahara từ Đại học Shinshu, đây là một phát hiện quan trọng được trình bày 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 gấp ba lần lysine, một amino acid thiết yếu cho sự phát triển và bảo trì mô tế bào, và chứa hơn mười lần gamma-aminobutyric acid, một acid bảo vệ thận Ngoài ra, mầm gạo lứt còn chứa enzyme ngăn chặn prolylendopeptidase và điều hòa hoạt động não bộ Gạo lứt nảy mầm không chỉ cung cấp nhiều dinh dưỡng mà còn dễ nấu và mang lại vị ngọt nhờ sự tác động của enzyme lên đường và đạm trong hạt.

Gạo lứt bổ dưỡng hơn gạo trắng nhưng khó tiêu 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 và không sử dụng được Do đó, cần bảo quản gạo ở nơi thoáng mát.

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 khác nhau tùy thuộc vào loại thóc và điều kiện canh tác, nhưng thường không vượt quá 1/3 chiều dài vỏ trấu Mày thóc thường có màu vàng nhạt hơn vỏ trấu và nổi bật với những đường gân rõ ràng Đối với các loại hạt to bầu, mày thóc thường rộng hơn so với các loại thóc có hạt thon dài Trong quá trình bảo quản, sự cọ xát giữa các hạt thóc làm cho phần lớn mày thóc rụng ra, dẫn đến việc 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 bên ngoài Thông thường, vỏ 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 yếu tố môi trường bất lợi 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, tạo nên đặc điểm riêng biệt 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 Khi hạt đã chín, lớp tế bào giữa 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 bao gồm các tế bào hình ống sắp xếp theo chiều dọc hạt và thường liên kết không bền với vỏ hạt Thành phần của lớp vỏ quả chủ yếu 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 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

Gạo mầm

Gạo mầm, được sản xuất từ gạo lứt còn 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 cho thấy việc nảy mầm gạo lứt trong điều kiện thích hợp có thể tạo ra nhiều chất dinh dưỡng quan trọng như 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 và ổn định đường huyết Ngoài ra, gạo mầm còn giúp giảm căng thẳng thần kinh, bổ sung calcium để chống loãng xương và có hàm lượng chất xơ cao, tốt cho hệ tiêu hóa và ngăn ngừa táo bón Tóm lại, gạo mầm là nguồn thực phẩm quý giá giúp bảo vệ sức khỏe.

Gạo mầm được hình thành 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 mang lại giá trị dinh dưỡng cao mà còn cải thiện chất lượng dinh dưỡng sau khi nảy mầm, làm cho nó trở thành một lựa chọn bổ dưỡng cho sức khỏe.

Quá trình nảy mầm cải thiện chất lượng gạo thông qua việc ảnh hưởng của các yếu tố bên ngoài như thời gian nảy mầm, ánh sáng và hàm lượng dinh dưỡng trong hạt Khi hạt gạo nảy mầm, các enzyme nội bào hoạt động, phân cắt các chất có khối lượng phân tử lớn như protein và tinh bột thành các chất nhỏ hơn Tinh bột sau khi nảy mầm dễ dàng bị thủy phân bởi enzyme amylase, tạo ra đường đơn, từ đó cải thiện quá trình tiêu hóa Hơn nữa, quá trình này 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 năm 2009, là một loại gạo tiên tiến với giá trị dinh dưỡng cao, chứa 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 glyceride thấp, gạo mầm hỗ trợ kiểm soát lượng đường trong máu, rất hữu ích cho bệnh nhân tiểu đường và những người muốn kiểm soát cân nặng Ngoài ra, gạo mầm còn là nguồn cung cấp magie dồi dào, giúp giảm triệu chứng 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, gạo mầm còn hỗ trợ giảm cholesterol xấu trong máu, rất hữu ích cho những người mắc bệnh cao huyết áp.

 Tác dụng tốt cho hệ thần kinh

Chất Gaba có 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, bao gồm cả 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 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 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 mang lại nhiều lợi ích cho sức khỏe, đặc biệt cho người già, những người đang trong quá trình hồi phục sức khỏe, hoặc những ai mắc các bệnh mãn tính như tiểu đường, cao huyết áp và mỡ máu Sản phẩm này cũng hỗ trợ hiệu quả cho những ai muốn giảm cân và giảm bớt 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 acid amin quan trọng, đóng vai trò như chất dẫn truyền thần kinh Chất dẫn truyền thần kinh giúp truyền tải các tín hiệu qua các khe synap, đảm bảo sự liên lạc giữa các tế bào 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.

Tài liệu HUTECH năm 1950, GABA được phát hiện là một phần không thể thiếu của 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 và các neuron thần kinh Chất này giúp giảm bớt hoạt động của các neuron và ức chế sự lan truyền của tế bào dẫn truyền Kết hợp với niacinamide và inositol, GABA ngăn chặn sự truyền dẫn căng thẳng và lo âu đến hệ thần kinh trung ương bằng cách chiếm giữ các vùng tiếp nhận tin của tế bào.

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 hình thành rễ mầm xuyên qua cấu trúc hạt và 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 các hợp chất cao phân tử thành những chất đơn giản cho sự phát triển của phôi Phôi là nơi hút nước mạnh nhất, với tốc độ hút nước cao 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 mẽ, nhưng sức hút nước sẽ giảm dần theo thời gian (Nguyễn Đức Lượng và cộng sự, 2004).

Quá trình nảy mầm của hạt phụ thuộc vào các điều kiện bên trong và bên ngoài Thời gian sống sót của hạt giống rất đa dạng, tùy thuộc vào điều kiện bảo quản và loại hạt giống (Mayer và Poljakoff-Mayber, 1975) Để hạt gạo nảy mầm, cần có môi trường thuận lợi với đủ nước, nhiệt độ thích hợp, thành phần không khí và ánh sáng đầy đủ.

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

Tài liệu HUTECH cho thấy rằng khi đường được sử dụng làm nguyên liệu cho hô hấp, hoạt tính protease sẽ tăng lên đáng kể Ngoài ra, trong trường hợp hạt có hàm lượng chất béo cao, hoạt tính của lipase sẽ trở nên nổi bật hơn.

Biến đổi sinh lý quan trọng nhất trong quá trình nảy mầm là hô hấp Ngay sau khi hạt hấp thụ nước, hoạt động của các enzyme hô hấp tăng mạnh, dẫn đến sự gia tăng nhanh chóng cường độ hô hấp của hạt 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

Sự hút ẩm là quá trình mà hạt khô hấp thu nước, làm tăng hàm lượng nước và làm mềm vỏ hạt, dẫn đến hiện tượng hạt trương lên và vỏ bị nứt Quá trình tổng hợp enzyme và hoạt động của chúng bắt đầu chỉ sau vài giờ kể từ khi hạt hấp thu nước, bao gồm cả việc tái hoạt hóa các enzyme dự trữ từ sự phát triển của phôi và tổng hợp 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 có carbon 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.

Các hoạt động sinh tổng hợp trong tế bào sẽ được kích hoạt, với sự hấp thu nước và hô hấp diễn ra liên tục Khi hiện tượng nảy mầm xảy ra, hạt thóc sẽ trải qua 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 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 thiết yếu cho sự nảy mầm của hạt gạo, vì quá trình hút nước là cần thiết để hạt có thể bắt đầu nảy mầm 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, hạt gạo cần có độ ẩm lý tưởng khoảng 26,5% để nảy mầm hiệu quả; nếu độ ẩm quá thấp hoặc quá cao, quá trình này có thể bị cản trở Độ ẩm không phù hợp có thể dẫn đến tình trạng không nảy mầm hoàn toàn, và độ ẩm cao kéo dài sẽ thúc đẩy sự phát triển của vi sinh vật, làm giảm chất lượng sản phẩm.

Nhiệt độ ảnh hưởng 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 Tuy nhiên, nhiệt độ yêu cầu có thể thay đổi theo từng giai đoạn nảy mầm; ở điều kiện mát (25°C), gạo mầm tích lũy chất dinh dưỡng cao, đặc biệt là GABA Ánh sáng cũng đóng vai trò quan trọng trong đời sống thực vật, kích thích sự nảy mầm qua quang chu kỳ Mặc dù hầu hết các hạt giống không bị ảnh hưởng bởi ánh sáng hay bóng tối, nhưng nhiều loại hạt, đặc biệt là những loại có nguồn gốc từ môi trường khác nhau, lại có sự nhạy cảm với ánh sáng trong quá trình nảy mầm.

Tài liệu HUTECH cho biết rằng hạt giống trong môi trường rừng sẽ chỉ nảy mầm khi có một khoảng hở ở tầng tán chính, cho phép ánh sáng đủ để hỗ trợ quá trình phát triển thành cây con.

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 nồng độ CO2 cao hơn 0,03% có thể làm chậm quá trình này, còn nitơ thì không ảnh hưởng đến sự nảy mầm.

Hô hấp là quá trình oxi hóa quan trọng trong giai đoạn nảy mầm, yêu cầu cung cấp đủ oxi Nếu hàm lượng oxi không đủ, quá trình nảy mầm sẽ bị chậm lại.

Enzyme amylase

Amylase là enzyme phổ biến trong thế giới sinh vật, thuộc nhóm enzyme thủy phân Enzyme này có vai trò quan trọng trong việc xúc tác phân giải các liên kết nội phân tử trong nhóm polysaccharide, với 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 có mặt 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 tác dụng thủy phân 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 như công nghiệp, y tế và đặc biệt là ngành 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 với pullulanase (hay α-dextrin 6-glucoside) và khử gián tiếp với transglucoside (hay oligo-1,6-glucoside) cùng amylo-1,6-glucoside Các enzyme này có khả năng thủy phân các liên kết bên trong của 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 loại carbohydrate chủ yếu có trong củ, hạt ngũ cốc và các loại hạt, với công thức tổng quát là (C6H12O6)n Tinh bột từ các nguồn khác nhau bao gồm hai thành phần chính là amylose và amylopectin, trong đó tỷ lệ amylase chiếm 20-30% và amylopectin chiếm 70-80% Trong thực vật, tinh bột đóng vai trò quan trọng như một chất dự trữ năng lượng.

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 Daltons, được hình thành từ 600 đến 6.000 phân tử D-glucose Các phân tử này được liên kết với nhau qua các liên kết α-1,4-glucoside và α-1,6-glucoside, tạo ra một cấu trúc mạch nhánh phức tạp Đặc biệt, amylopectin không tan trong nước.

Khi hỗn hợp nước và tinh bột được đun nóng ở nhiệt độ từ 60 đến 85 độ C, tinh bột 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)

Enzyme amylase thủy phân tinh bột bằng cách cắt đứt các liên kết glucoside, dẫn đến hai quá trình: dịch hóa và đường hóa Quá trình dịch hóa tạo ra dextrin, và khi dextrin tiếp tục trải qua đường hóa, sản phẩm cuối cùng sẽ 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, đặc biệt là đường và tinh bột Rau và quả cũng cung cấp tinh bột, một phần trong số đó được chuyển hóa thành disaccharide và glucose.

Glycogen là một loại carbonhydrate dự trữ quan trọng trong cơ thể động vật, được chuyển hóa từ từ để sử dụng 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 ở các vị trí phân nhánh, với số mạch nhiều hơn tinh bột và có phân tử lượng từ 2-3 triệu Da Glycogen dễ tan trong nước và khi tiêu thụ quá nhiều carbonhydrate, cơ thể sẽ chuyển hóa chúng thành chất béo dự trữ Ở động vật và con người, glycogen chủ yếu tập trung tại gan.

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 khi bóc vỏ trấu sẽ cho ra gạo lứt nương đỏ Gạo này được bảo quản ở nơi thoáng mát để 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 cần được rửa sạch ba lần bằng nước sạch, sau đó tiếp tục rửa bằng 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 và đạt trạng thái bão hòa, chúng ta sẽ đổ gạo ra rổ để ráo nước Tiếp theo, tiến hành ủ gạo theo 3 điều kiện, mỗi điều kiện 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 điều kiện sáng 100% cho quá trình nảy mầm, sau khi chuẩn bị 9 mẫu gạo đã ngâm, hãy cho vào các chiếc rổ nhỏ và dùng vải mùng ẩm để che phủ, giúp giữ ẩm cho bề mặt gạo Tiếp theo, ủ gạo trong phòng lạnh với nhiệt độ ổn định 25°C và 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 sự phát triển của hạt giống.

 Điều kiện tối 100%: tương tự như ủ ở điều kiện sáng 100% Ta ủ trong rổ và dùng vải mùng đã thấm nước đặt lên phía trên Nhưng ta sẽ ủ trong

Phòng kín tại HUTECH được thiết kế với chỉ một cửa ra vào, không có cửa sổ và không có ánh sáng chiếu vào, nhằm đảm bảo điều kiện ủ tối ưu nhất.

Để ủ gạo trong điều kiện tối 50% và sáng 50%, chúng ta thực hiện quy trình 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 sang ủ ở nơi có ánh sáng chiếu vào, ban ngày gạo sẽ hấp thụ ánh sáng mặt trời, còn ban đêm cần thắp đèn để đảm bảo gạo luôn được chiếu sáng.

Khi gạo đã nảy mầm đồng đều và đạt độ dài mong muốn, quá trình nảy mầm sẽ được kết thúc Tiếp theo, gạo cần được rửa sạch bằng nước đun sôi để nguội, sau đó để 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 khi tiến hành sấy, chúng ta sẽ 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 chuẩn bị gạo lứt, ta lấy 50g gạo và làm sạch để loại bỏ tạp chất và vi sinh vật Sau đó, ngâm gạo với nước ở nhiệt độ phòng theo tỷ lệ 1:2 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

Để tiến hành thí nghiệm, chúng tôi đã thu thập 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 và ngâm cho đến khi đạt trạng thái bão hòa Sau khi để gạo ráo nước, chúng tôi tiến hành ủ ở điều kiện sáng 100% Tỷ lệ nảy mầm và độ dài mầm được xác định trong khoảng thời gian 18h, 24h, 30h, 36h và 40h, vì chỉ trong những khoảng thời gian này, sự phát triển của mầm mới rõ ràng Sau mỗi khoảng thời gian, 200g gạo sẽ được trải ra một mặt để quan sát.

Để tiến hành nghiên cứu, đầu tiên ta chuẩn bị tài liệu HUTECH và sử dụng thước chia gạo để phân chia thành 5 vị trí, mỗi vị trí lấy khoảng 10g Sau đó, ta dùng thước đo mili để đo chiều dài mầm và đếm số lượng hạt nảy mầm Sau mỗi khoảng thời gian, gạo sẽ được sấy khô nhằm xác định hoạt độ enzyme amylase, hàm lượng đường khử và hàm lượng protein Các chỉ tiêu theo dõi bao gồm việc đo độ dài mầm và đếm 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)

Tài liệu HUTECH 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)

Tài liệu HUTECH 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

KẾT QUẢ VÀ BIỆN LUẬN