Đề cương khóa luận tốt nghiệp

Sữa gạo là sản phẩm được chế biến từ gạo, lành tính, giàu chất dinh dưỡng, dễ dành bổ sung vitamin, khoáng chất, chất đạm, chất béo, ít calo và cholesterol. Ngoài ra sữa gạo không gây dị ứng như sữa bò, phù hợp với mọi lứa tuổi. Hầu hết sữa gạo có được vị ngọt nhờ quá trình thủy phân carbohydrate thành đường, đặc biệt là đường glucose. Ở Việt Nam sữa chiết suất từ gạo vẫn là loại sản phẩm mới mẻ nhất là sữa bột gạo mầm (chưa có nghiên cứu cụ thể về hoạt chất sinh học của nó), trong khi đó Việt Nam có thế mạnh về sản xuất lúa gạo và các loại nông sản. Cùng với đó xu hướng sử dụng sữa hạt ngày càng tăng cao, ta có thể bổ sung các loại hạt ngũ cốc như yến mạch, hạt điều, hạt sen, óc chó, macca, hạnh nhân, đậu đen, đậu xanh, đậu trắng, để nâng cao giá trị và hàm lượng dinh dưỡng của sản phẩm sữa bột gạo mầm. Dựa vào những vấn đề đó để khai thác những thành phần này và ứng dụng vào sản phẩm sữa bột gạo mầm giàu GABA, đánh giá sự biến đổi của chúng trong từng giai đoạn sản xuất.

HỌC VIỆN NÔNG NGHIỆP VIỆT NAM

KHOA CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM

- -KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP

ĐỀ TÀI: QUY TRÌNH SẢN XUẤT SỮA BỘT GẠO MẦM GIÀU GAMA-AMINOBUTYRIC ACID (GABA) TỪ NẾP

KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP

ĐỀ TÀI: QUY TRÌNH SẢN XUẤT SỮA BỘT GẠO MẦM GIÀU GAMA-AMINOBUTYRIC ACID (GABA) TỪ NẾP

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan rằng, số liệu và kết quả nghiên cứu trong khóa luận này là trungthực và không sao chép kết quả của bất cứ nghiên cứu nào trước đó

HÀ NỘI - 2023

Tôi xin cam đoan rằng các thông tin được trích dẫn trong khóa luận này đã được ghi

rõ nguồn gốc

Hà Nội, ngày 30 tháng 7 năm 2023

Sinh viên thực hiện

Quan Thị Linh Giang

PHẦN I MỞ ĐẦU1.1 Đặt vấn đề

Tại Việt Nam, trong năm 2021 cả nước đạt khoảng 43.86 triệu tấn thóc, tăng 1.1triệu tấn so với năm 2020 (Theo thống kê của bộ Nông Nghiệp và phát triển Nông thôn,2021) Với nguồn lương thực dồi dào đó đã thúc đẩy khâu chế biến lúa gạo ở các địaphương cực kỳ phát triển và đa dạng các mặt hàng truyền thống từ gạo đã được xuất khẩusang các thị trường nước ngoài như bún, miến, phở, bánh tráng… Tuy nhiên theo chuyêngia Hoàng Trọng Thủy cho rằng, các sản phẩm từ gạo của Việt Nam nhìn chung còn rấtđơn giản, đa phần mang tính truyền thống và hàm lượng dinh dưỡng chưa cao, chưa khaithác hết tiềm năng của hạt gạo Do đó để nghành sản xuất lúa gạo phát triển hơn, ta cầnnâng cao giá trị hạt gạo Tạo ra những sản phẩm có giá trị dinh dưỡng cao, tối ưu hóacông nghệ sản xuất mới có thể cạnh tranh được với thị trường quốc tế

Gamma – aminobutyric acid (GABA) có nhiều lợi ích đối với sức khỏe con người,nên nó có giá trị y học rất cao GABA giúp làm giảm huyết áp và ức chế các xung dẫntruyền thần kinh trong hệ thống thần kinh trung ương (Trương Nhật Trung & Đống ThịAnh Đào, 2016; Yoshimura & cs., 2010), đồng thời kích thích sự phát triển của não thôngqua hoạt động điều chỉnh tế bào gốc phôi và tế bào thần kinh, giúp phát triển và hoàn

thiện não bộ ở trẻ nhỏ (Park et al., 2007) Do đó, GABA thể hiện rõ vai trò trong việc hỗ

trợ điều trị chứng mất ngủ và phòng chống bệnh Alzheimer cũng như các hội chứng kèm

theo như mất trí nhớ,… (Dhakal et al., 2012) Bên cạnh đó, GABA còn có khả năng cải

thiện chức năng sinh lý ở người như điều hòa huyết áp, nhịp tim, điều hòa quá trìnhchuyển đối isullin trong tuyến tụy, ngăn ngừa sự gia tăng cholesterol trong máu, cải thiện

chức năng gan, thận, chống đột quỵ và ức chế sự phát triển của tế bào ung thư (Park et

al., 2007) Việc thiếu hụt GABA có thể gây ảnh hưởng xấu đến sức khỏe, dẫn đến tình

trạng khó ngủ, lo lắng, căng thẳng, rối loạn trầm cảm, động kinh,…(Luscher et al., 2011).

Theo công bố của Kimura (2002), nhu cầu về GABA đối với cơ thể con người từ

200-300 mg/ngày, do đó việc bổ sung hợp chất GABA từ các nguồn thực phẩm là cần thiết

Nhiều nghiên cứu chuyên sâu đã chỉ ra rằng, quá trình mọc mầm của hạt thóckhông những làm tăng các yếu tố dinh dưỡng như lysin, vitamin B1, vitamin B6, canxi,sắt, mà còn làm tăng hàm lượng các chất có hoạt tính sinh học cao như ferulic acid, γ-

oryzanol đặc biệt là γ- amino butyric acid (GABA) tăng gấp 10 lần so với gạo trắng đã

qua xay xát và gấp 4 lần gạo lứt (Liu et al, 2005) Các thành phần chức năng sinh học này

được tìm thấy trong mầm và lớp cám (Champagne et al., 2004)

Sữa gạo là sản phẩm được chế biến từ gạo, lành tính, giàu chất dinh dưỡng, dễdành bổ sung vitamin, khoáng chất, chất đạm, chất béo, ít calo và cholesterol Ngoài rasữa gạo không gây dị ứng như sữa bò, phù hợp với mọi lứa tuổi Hầu hết sữa gạo có được

vị ngọt nhờ quá trình thủy phân carbohydrate thành đường, đặc biệt là đường glucose ỞViệt Nam sữa chiết suất từ gạo vẫn là loại sản phẩm mới mẻ nhất là sữa bột gạo mầm(chưa có nghiên cứu cụ thể về hoạt chất sinh học của nó), trong khi đó Việt Nam có thếmạnh về sản xuất lúa gạo và các loại nông sản Cùng với đó xu hướng sử dụng sữa hạtngày càng tăng cao, ta có thể bổ sung các loại hạt ngũ cốc như yến mạch, hạt điều, hạtsen, óc chó, macca, hạnh nhân, đậu đen, đậu xanh, đậu trắng, để nâng cao giá trị và hàmlượng dinh dưỡng của sản phẩm sữa bột gạo mầm Dựa vào những vấn đề đó để khai thácnhững thành phần này và ứng dụng vào sản phẩm sữa bột gạo mầm giàu GABA, đánh giá

sự biến đổi của chúng trong từng giai đoạn sản xuất, em thực hiện đề tài: “QUY TRÌNH

SẢN XUẤT SỮA BỘT GẠO MẦM GIÀU GAMA-AMINOBUTYRIC ACID (GABA)

TỪ NẾP PÌ PẤT”

1.2 Mục tiêu cần của đề tài

1.2.1 Mục tiêu đề tài

Tạo ra sản phẩm bột sữa gạo mầm giàu GABA từ nếp Pì Pất, (Cao Bằng)

1.2.2 Yêu cầu

- Đánh giá chất lượng dinh dưỡng và hàm lượng GABA trong giống gạo Pì Pất

- Xác định nồng độ enzyme thích hợp và thời gian xử lý enzyme trong quá trìnhthủy phân tinh bột và protein trong bột gạo mầm Pì Pất

- So sánh phương pháp ép đùn và sấy phun đến chất lượng dinh dưỡng, hàm lượngGABA của bột sữa gạo mầm Pì Pất

PHẦN II TỔNG QUAN CÁC VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU

Hình 2.1 Cấu tạo hạt gạo

Thành phần dinh dưỡng trong gạo

- Hàm lượng Protein trong gạo dao động từ 7-8,5% tùy theo giống gạo và điều kiệnbảo quản

- Glucid trong gạo chiếm 70-80%

- Vitamin và các khoáng chất đáng kể tập trung trong cám gạo và mầm, chủ yếu làcủa gạo nâu như:

 Magie được tìm thấy trong gạo nâu, magie là khoáng chất dinh dưỡng quantrọng, nếu nồng độ magie thấp có thể dẫn đến một số bệnh mãn tính

 Niacin còn được gọi là vitamin B3, niacin trong gạo chủ yếu dưới dạng axitnicotinic

 Mangan là một khoáng chất vi lượng tìm thấy hầu hết trong thực phẩm, đặcbiệt là ngũ cốc nguyên hạt Nó cần thiết cho sự trao đổi chất, tăng trưởng,phát triển và hệ thống chống oxy hóa của cơ thể.

 Selen là một khoáng chất và là một thành phần của selenoproteins – mộtchất có nhiều chức năng quan trọng khác nhau trong cơ thể

 Thiamin còn được gọi là Vitamin B1, nó là chất cần thiết cho sự trao đổichất và chức năng của tim, cơ bắp và hệ thần kinh

 Đồng thường được tìm thấy trong ngũ cốc nguyên hạt, thiếu đồng có thểảnh hưởng xấu đến sức khỏe tim mạch

- Các hợp chất thực vật quý trong gạo Gạo trắng chứa khá ít chất chống oxy hóa vàcác hợp chất thực vật Tuy nhiên, Cám gạo nâu là một nguồn giàu axit ferulic,lignans và axit phytic

- Hàm lượng lipid trong gạo rất thấp, khoảng 1-1,5%, tập trung chủ yếu ở phần vỏ,mầm

2.2 Tổng quan về loại gạo cần nghiên cứu

2.2.1 Nếp Pì Pất

- “Pì Pất”, tiếng Tày nghĩa là “mỡ vịt” Gạo nếp Pì Pất nghĩa là gạo khi nấu chínthơm như mỡ vịt Đây là giống gạo nếp lâu đời, đặc sản nổi tiếng của Cao Bằng.Gạo nếp pì pất có mùi thơm từ khi còn là hạt thóc mới gặt từ ruộng về, đến khi xátthành gạo, vẫn còn mùi thơm đọng lại

- Gạo nếp Pì Pất dược dùng làm nguyên liệu các món, như: xôi, bánh gai, bánhtrôi…

- Gạo nếp Pì Pất có chất lượng vượt trội so với một số loại lúa nếp cùng loại đượctrồng ở Cao Bằng hay một số tỉnh miền Bắc ở một số đặc điểm, như: gạo đều hạt,không gẫy, tỷ lệ tấm thấp, hàm lượng protein và một số axit amin cao, khi nấu lênthơm, dẻo, mềm nhưng không nát

2.3 Quá trình nảy mầm và hình thành GABA

2.3.2 Những yếu tố ảnh hưởng đến sự nảy mầm

Nước: rất cần thiết cho sự nảy mầm, Những hạt giống trưởng thành thường rất khô

và cần phải hấp thu một lượng nước đáng kể, trước khi sự chuyển hóa và phát triển của tếbào có thể được phục hồi Sự hấp thu nước bởi hạt giống được gọi là sự hút hơi ẩm(imbibition), mà sẽ làm cho lớp áo hạt nở ra và vỡ đi Khi hạt giống được hình thành, hầuhết các cây đều trữ một lượng “thức ăn” dự trữ với hạt giống, chẳng hạn như tinhbột, protein, hay dầu Nguồn dự trữ này cung cấp đủ dưỡng chất để phôi phát triển Khihạt giống hấp thu hơi nước, các enzyme thủy phân được kích hoạt và sẽ chuyển nguồn dựtrữ này thành các chất hữu ích

Oxy: Rất cần thiết cho sự nảy mầm để cho sự chuyển hóa (Trao đổi chất) Oxyđược sử dụng trong hô hấp hiếu khí, là nguồn năng lượng chính của cây con cho đến khi

nó mọc lá Nếu hạt bị chôn quá sâu dưới đất hay đất bị úng nước, hạt giống có thể bịthiếu oxy Một số hạt giống có các lớp áo hạt không thẩm thấu được nên oxy không thểxâm nhập, gây nên sự tiềm sinh vật lý mà sẽ mất đi khi lớp áo hạt bị mòn đủ để hạt traođổi khí và hấp thu nước từ môi trường

Nhiệt độ: Điều kiện để hạt lúa nảy mầm tốt nhất là ở nhiệt độ 30-35 , trên 40℃, trên 40℃ ℃, trên 40℃hoặc thấp hơn đều không thuận lợi cho quá trình nảy mầm Trong quá trình ủ, bản thânhạt hô hấp cũng tạo ra nhiệt lượng để xúc tiến nảy mầm

Ánh sáng hay bóng tối: có thể là một sự kích hoạt của môi trường cho sự nảy mầm

và nó là một dạng tiềm sinh lý Nó có ảnh hưởng đến toàn bộ đời sống của thực vật từ khihạt nảy mầm cho đến khi sinh trưởng, phát triển và cây ra hoa kết trái rồi chết Chấtlượng ánh sáng nảy mầm tốt nhất là ánh sáng đỏ (660-700nm), trong khi đó bước sóng

<290nm sẽ kìm hãm sự nảy mầm

2.3.3 Hình thành GABA

Gama-aminobutyric acid - C4H9NO2 (GABA) là một amino acid phi protein có 4cacbon, có hoạt tính mạnh được phân bố rộng rãi trong động vật, thực vật và cả vi sinhvật; có khối lượng mol là 103.1 g/mol (Dhakal et al, 2012; Shelp et al., 1999), nhiệt độnóng chảy 203,7 , có khả năng tan tốt trong nước (1300 mg/ml ở 25 ) ℃, trên 40℃ ℃, trên 40℃

GABA giúp ngăn cản các dẫn truyền căng thẳng và bất an đến vùng thần

kinh trung ương bằng cách chiếm giữ và khống chế các vùng tiếp nhận thông tin Vì thế

GABA được xem như là một liều thuốc an thần giúp bạn thư giãn và thoải mái một cách

tự nhiên nhất

Hình 2.2 Gama- aminobutyric acid

Con đường sinh học tổng hợp GABA được mô tả như sau: L- glutamate được tạo ra từalpha- ketoglutarate bằng các phản ứng chuyển hóa và phản ứng được xúc tác bởienzyme glutamate dehydrogenase (7), sau đó diễn ra quá trình các cơ chất L-glutamatedưới sự xúc tác của enzyme glutamate dercarbonxylase (GAD) với pyridoxal - 5’-phophate (PLP) đóng vai trò là một cofactor giúp tăng cường hoạt động của enzymeGAD (Komatsuzaki & cs., 2005)

Hình 2.3 Sinh tổng hợp GABA theo con đường sinh học (Nguồn: Ning Xu et al., 2017)

2.4 Kỹ thuật ép đùn và sấy phun

2.4.1 Ép đùn

Công nghệ ép đùn là quá trình trong đó nguyên liệu bị nén thành dòng chảy dướitác dụng gần như đồng thời của các yếu tố nhào trộn, gia nhiệt, nén ép của áp suất lớn vàtạo hình qua lỗ khuôn làm cho nguyên liệu có những biến đổi cơ bản về vật lý, hóa học.Các quá trình này xảy ra đồng thời và tương tác lẫn nhau Nhiệt độ trục vis làm tăng làmchín sản phẩm (biến tính protein), hồ hóa tinh bột và tạo mùi vị màu sắc do phản ứngmailard Nếu nhiệt độ cao hơn 100℃, trên 40℃ làm giảm độ ẩm sản phẩm, vô hoạt enzyme, tiêudiệt vi sinh vật Sau quá trình ép đùn sản phẩm được định hình theo một dạng nhất định.Quá trình ép đùn trải qua 3 giai đoạn đó là: phối trộn, nhào trộn và giai đoạn gia nhiệt

 Giai đoạn phối trộn: giai đoạn đầu tiên có đường kính trục vít nhỏ nênkhông gian chứa nguyên liệu nhiều Áp lực, nhiệt độ chưa cao nên cấu trúchạt mầm ít biến đổi Tuy nhiên, trong buồng chứa nguyên liệu không khí bịhạn chế từ ngoài vào, nên hạt gạo mầm bị nén nhẹ Nước đi vào hạt mầm

để phát triển cấu trúc, độ nhớt, tang sự trao đổi nhiệt

 Giai đoạn nhào trộn: nguyên liệu tiếp tục được nén đồng thời nhiệt độ, ápsuất tăng dần làm hạt mầm bắt đầu mất tính chất vốn có Nước và enzymekhuếch tán vào cấu trúc hạt mầm Hình thành liên kết hydro giữa nước vàcác phân tử chứa nhóm háo nước: protein, amylose, amylose pectin

 Giai đoạn gia nhiệt: nguyên liệu bị biến đổi sâu sắc do vùng không gian chonguyên liệu rất ít, làm nguyên liệu bị dồn nén tạo áp suất và nhiệt độ cao.Phá vỡ cấu trúc hạt tinh bột, xé rách bó sợi protein Nhiệt độ cao làm tangchuyển động các phân tử và có khuynh hướng phá vỡ cấu trúc bậc 3 làmprotein biến tính và tinh bột đã được hồ hóa ở dạng dẻo nguyên liệu đi qualỗ khuôn dưới áp lực giảm đột ngột, các phân tử khí, nước được giải phóngchuyển động hỗn loạn tạo bọt khí và bong bóng khí nở ra cực hạn rồi đứtgãy giải phóng khí Điều này làm giảm độ nhớt, nước bay hơi nhanh

2.4.2 Sấy phun

Là phương pháp sản xuất bột khô từ dung dịch lỏng hoặc cao lỏng, nhũ tương, bằng cách làm khô nhanh từ khí nóng chỉ từ vài giây Đây là phương pháp sấy được ứngdụng cao như làm sữa bột, cà phê hòa tan, bột rau củ… đặc biệt ưa thích đối với dượcphẩm, dược liệu hay thực phẩm

Chất lượng và đặc tính sản phẩm được kiểm soát thông qua toàn bộ hoạt động sấy.sản phẩm tiếp xúc với nhiệt trong thời gian vô cùng ngắn nên đảm bảo chất lượng dinhdưỡng Sản phẩm thu được có kích thước hạt mịn có hình dạng và kích thước tương đốiđồng nhất Để quá trình sấy phun đạt hiệu quả tốt nhất thì nồng độ chất khô phải đạtkhoảng 45÷52% Nếu độ ẩm tăng quá cao sẽ gây phân hủy một số cấu tử trong nguyênliệu và làm tăng mức tiêu hao năng lượng trong quá trình sấy

2.5 Tổng quan về Enzyme Protease, Amylase và nồng độ cơ chất

Enzyme Protease là một loại enzyme có bản chất là protein được sinh vật tổng hợpnên, tham gia vào các phản ứng hóa sinh học Enzyme Protease có những đặc tính: Đượctạo ra trong tế bào sinh vật, không độc hại, tham ra phản ứng trong cả tế bào sống và cảkhi được tách khỏi tế bào sống, có thể tam gia xúc tác các phản ứng trong và ngoài cơ thể

từ giai đoạn đầu đến giai đoạn cuối chuyển hóa hở hay chuỗi chuyển hóa khép kín, sảnphẩm của phản ứng trước là cơ chất cho phản ứng sau, có thể thực hiện một phản ứng xảy

ra ngoài tế bào (như trong ống nghiệm), phản ứng enzyme tiêu hao năng lượng rất ít, hiệusuất và tốc độ cao, có tính chọn lọc cao, chịu sự điều khiển bởi gen và các điều kiện phảnứng Protease là chất xúc tác thủy phân protein tạo thành những phân tử thấp và cácamino acid Chúng không chỉ có ý nghĩa cho quá trình sinh trưởng, sinh sản của mọi sinhvật mà còn đóng vai trò rất quan trọng trong công nghệ chế biến thực phẩm, trong y học,trong công nghệ gen và bảo vệ môi trường

Amylase là một hệ Enzyme rất phổ biến trong thế giới sinh vật Các Enzyme nàythuộc nhóm Enzyme thủy phân, xúc tác phân giải liên kết nội phân tử trong nhómpolysaccharide với sự tham gia của nước Hiện nay, có sáu loại Enzyme Amylase đượcxếp vào 2 nhóm: Endoamylase (Enzyme nội bào) và Exoamylase (Enzyme ngoại bào)

 Endoamylase: gồm có α-Amylase (EC 3.2.1.1) và nhóm Enzyme khử nhánh

 Exoamylase Đây là những Enzyme thủy phân tinh bột tử đầu không khử củachuỗi olysaccharide Nhóm này gồm có:

 β-Amylase (EC 3.2.1.2)

 Amyloglucosidase (glucoamylase hay γ-Amylase) (EC 3.2.1.3)

Enzyme α-Amylase là protein có phân tử lượng thấp, thường nằm trong khoảng 50.000đến 60.000 Dal

Cơ chất tác dụng của Amylase là tinh bột và glucose Tinh bột: là nhómCacbonhydrat ở thực vật, có chủ yếu trong các loại củ như khoai lang, khoai tây, khoaimì…, trong các hạt ngũ cốc, các loại hạt và có công thức tổng quát là (C6H12O6)n Hạttinh bột có hình dáng rất khác nhau với kích thước từ 2 đến 15µm Tinh bột không nước

có khối lượng riêng khoảng 1,633 – 1,648 Tinh bột là chất keo háo nước điển hình cấutạo từ amylose – mạch thẳng và amylopectin Tỷ số amylose và amylopectin trong tinhbột thường vào khoảng 1:4 Cả hai đều tạo những gốc α-D-glucose Amylose có cấu tạomạch thẳng Chúng được liên kết bởi các nối α-1,4glucozit và α-1,6 glucozit nên tạothành nhiều nhánh Ngoài amylose và amylopectin trong tinh bột còn có chứa một lượngnhỏ các chất khác như muối khoáng, chất béo, protit… Khi tăng dần nhiệt độ, dịch tinhbột sẽ biến thành dạng keo và gọi là hồ tinh bột

Trong điều kiện nồng độ cơ chất thích hợp thì vận tốc phản ứng tuyến tính vớinồng độ enzyme Tuy nhiên khi nồng độ enzyme tăng đến một giới hạn thì tốc độ phảnứng không tăng lên nữa (Nguyễn Trọng Cẩn, 1998) Giai đoạn đầu khi nồng độ cơ chấtthừa, vận tốc phản ứng tỷ lệ thuận với nồng độ enzyme, hàm lượng chất khô hòa tan tăng.Càng về sau sản phẩm tạo thành tăng lên, vừa đóng vai trò chất ức chế không cạnh tranh,vừa làm cho lượng cơ chất trong môi trường giảm nên khi tiếp tục tăng nồng độ enzymethì vận tốc phản ứng tăng không đáng kể

Hình 2.4 Nồng độ enzyme và nồng độ cơ chất