Nghiên cứu sản xuất malt và các sản phẩm từ malt lúa nếp than

NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG:  Xây dựng quy trình công nghệ sản xuất malt từ lúa nếp than: xác định các chỉ tiêu hóa lý của lúa nếp than, khảo sát quá trình ngâm ảnh hưởng của tỷ lệ lúa:nước

TỪ PHAN NAM PHƯƠNG

NGHIÊN CỨU SẢN XUẤT MALT VÀ CÁC SẢN PHẨM TỪ MALT LÚA NẾP THAN

Chuyên ngành: Công nghệ Thực phẩm và Đồ uống

LUẬN VĂN THẠC SĨ

TP HỒ CHÍ MINH, tháng 01 năm 2012

TỪ PHAN NAM PHƯƠNG

NGHIÊN CỨU SẢN XUẤT MALT VÀ CÁC SẢN PHẨM TỪ MALT LÚA NẾP THAN

Chuyên ngành: Công nghệ Thực phẩm và Đồ uống

LUẬN VĂN THẠC SĨ

TP HỒ CHÍ MINH, tháng 01 năm 2012

Cán bộ hướng dẫn khoa học: PGS TS DƯƠNG THANH LIÊM,

Xác nhận của Chủ tịch Hội đồng đánh giá LV và Bộ môn quản lý chuyên ngành sau khi luận văn đã được sửa chữa (nếu có)

Chủ tịch Hội đồng đánh giá LV Bộ môn quản lý chuyên ngành

NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ

Chuyên ngành: Công nghệ Thực phẩm & Đồ uống MSHV: 09110170

I TÊN ĐỀ TÀI: Nghiên cứu sản xuất malt và các sản phẩm từ malt lúa nếp than

II NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG:

 Xây dựng quy trình công nghệ sản xuất malt từ lúa nếp than: xác định các chỉ

tiêu hóa lý của lúa nếp than, khảo sát quá trình ngâm (ảnh hưởng của tỷ lệ lúa:nước

và thời gian ngâm đến độ ẩm nẩy mầm), khảo sát quá trình ủ (ảnh hưởng của thời

gian ủ đến hoạt tính amylase của lúa nẩy mầm), khảo sát chế độ sấy (ảnh hưởng của

nhiệt độ, thời gian sấy đến độ ẩm cân bằng và năng lực đường hóa của malt)

 Xây dựng quy trình công nghệ sản xuất bột dinh dưỡng từ malt lúa nếp than:

khảo sát quá trình ngâm (ảnh hưởng của tỷ lệ gạo malt:nước và thời gian ngâm đến độ

ẩm và hàm lượng anthocyanin của gạo malt), khảo sát quá trình hấp (ảnh hưởng của

thời gian hấp đến cảm quan về độ chín), khảo sát quá trình sấy (ảnh hưởng của nhiệt độ

và thời gian sấy đến độ ẩm cân bằng và hàm lượng anthocyanin của cơm malt)

 Xây dựng quy trình công nghệ sản xuất nước uống dinh dưỡng từ malt lúa

nếp than: khảo sát quá trình nấu (ảnh hưởng của tỷ lệ malt:nước đến hiệu suất trích

ly chất khô; ảnh hưởng nhiệt độ và thời gian nấu đến hàm lượng đường của dịch

chiết), khảo sát tỷ lệ đường phối trộn, khảo sát chế độ thanh trùng

 Xây dựng tiêu chuẩn chất lượng sản phẩm: bột dinh dưỡng và nước uống dinh

dưỡng từ malt lúa nếp than

IV NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ: 03/12/2011

PGS.TS Dương Thanh Liêm PGS.TS Lê Văn Việt Mẫn PGS.TS Phạm Thành Quân

gửi lời cảm ơn đến:

 Gia đình đã tạo điều kiện và là nền tảng vững chắc cho tôi trong cuộc sống

 Thầy PGS.TS Dương Thanh Liêm đã tận tình hướng dẫn, truyền đạt kiến thức quý báu và giúp đỡ cho tôi hoàn thành luận văn này

 Quý thầy cô trường Đại học Bách Khoa, đặc biệt là Cô PGS.TS Đống Thị Anh Đào đã hết lòng giảng dạy và chỉ dẫn cho tôi trong những năm qua

 Các bạn học viên trường Đại học Bách Khoa, các đồng nghiệp cùng các em sinh viên K2007 trường Đại học Lạc Hồng đã động viên, trao đổi và tạo điều kiện thuận lợi cho tôi hoàn thành tốt luận văn này

Một lần nữa, tôi xin chân thành cảm ơn,

TPHCM, ngày 19 tháng 01 năm 2012

Từ Phan Nam Phương

vitamin, khoáng và đặc biệt chất chống oxy hóa anthocyanin Trong nghiên cứu này chúng tôi tiến hành khảo sát các chỉ tiêu hóa lý nguyên liệu lúa nếp than và khảo sát các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình tạo malt lúa nếp than nhằm ứng dụng trong việc xây dựng và khảo sát quy trình công nghệ sản xuất bột dinh dưỡng và nước uống dinh dưỡng từ malt lúa nếp than

Trong nghiên cứu quy trình nẩy mầm tạo malt lúa nếp than, chúng tôi khảo sát các công đoạn chính gồm các quá trình ngâm, ủ và sấy nhằm thu được malt khô có chất lượng cao Kết quả cho thấy lúa nếp than đem ngâm đạt độ ẩm nẩy mầm cao nhất 38,97% khi ngâm ở 30oC trong 72 giờ với tỷ lệ nguyên liệu: dung môi là 1:3 Lúa nếp than sau khi ngâm được tiến hành ủ ở 30o

C trong 7 ngày và sấy liên tục ở nhiều chế độ 45o

C - 8 giờ, 60oC - 8 giờ, 75oC - 8 giờ thu được malt khô có độ ẩm cân bằng 3,87% và năng lực đường hóa là 181,8WK thuận lợi cho quá trình bảo quản, được dùng để nghiên cứu trong quy trình công nghệ sản xuất bột dinh dưỡng và nước uống dinh dưỡng từ malt lúa nếp than tiếp theo

Trong nghiên cứu công nghệ sản xuất bột dinh dưỡng từ malt lúa nếp than, chúng tôi khảo sát các công đoạn ngâm, hấp và sấy malt Kết quả cho thấy tỷ lệ gạo malt: nước ngâm là 1:1 với thời gian ngâm 20 phút thu được gạo malt có độ ẩm cao nhất 36,41%, hàm lượng anthocyanin tổn thất không đáng kể, còn lại là 17,12mg/g Gạo malt sau khi ngâm được hấp ở 100oC trong 20 phút cho kết quả đánh giá cảm quan

về độ chín tốt nhất Sau đó, cơm malt được tiến hành sấy ở 60o

C trong 190 phút thu được cơm malt khô có độ ẩm cân bằng là 5,39%; ít tổn thất anthocyanin Tỷ lệ nước nóng khuấy bột malt thành phẩm sau khi nghiền 4:1 cho kết quả đánh giá cảm quan khi ăn là ưa thích nhất

Trong nghiên cứu công nghệ sản xuất nước uống dinh dưỡng từ malt lúa nếp than, chúng tôi khảo sát chế độ nấu malt sau khi nghiền, tỷ lệ đường phối trộn và chế độ thanh trùng sản phẩm thích hợp Kết quả cho thấy tỷ lệ malt: nước là 1:4,3; chế độ nấu

ở các giai đoạn nhiệt độ là 45oC trong 15 phút, 63oC trong 50 phút, 72oC trong 50 phút cho hiệu suất trích ly cao nhất 71,65% Tỷ lệ đường phối trộn cho cảm quan ưa thích nhất là 8% Chế độ thanh trùng sản phẩm là 75oC trong 25 phút cho kết quả đánh giá cảm quan tốt nhất và đạt các tiêu chuẩn vi sinh sau thời gian bảo ôn 15 ngày

amino acids, vitamins, minerals, and especially anthocyanin that known as an effective antioxidant In this research, we determined chemico-physical properties

of black glutinous rice material and its optimum malting conditions that subsequently aimed to apply it to build the technology process for production of nutritious flour and beverage from black glutinous malt

Soaking, incubation and drying conditions were studied to get the dried black glutinous malt – the essential material for nutritious flour and beverage production The optimized humidity for malting 38,97% gained at the room temperature of soaking process in 72 hours with the ratio of material and solvent 1:3 After soaking, the black glutinous rice incubated at 30oC in 8 days and then carried out drying at 45oC - 8 hours, 65oC - 8 hours and 75oC - 8 hours to reached the humidity

of the material 3,87% and the diastatic power 181,8WK that safe for storing to study the following technology processes

In the study of nutritious flour process from the dried black glutinous malt, we studied conditions of the stages of soaking, steaming and drying The results showed that: the ratio of malt and soaking water 1:1 in 20 minutes indicated the highest humidity of malt at 36.41% and the lowest loss level of total dry content and high remaining anthocyanin 17,12mg/g; the steaming temperature 100oC in 20 minutes indicated the best sensory evaluation of ripeness level of malt and low level

of anthocyanin; the drying temperature 60oC in 190 minutes indicated the lowest remained humidity of dried malt at 5,393%, the high remained anthocyanin quantity and good sensory evaluation of dried malt The ratio of hot water and the dried malt flour used to reabsorb the flour best was 4:1

In the study of nutritious beverage from the dried black glutinous malt, the optimum cooking conditions were chosen at the ratio of water and material 1:4,3; the temperature 45oC - 15 minutes, 63oC - 50 minutes and 72oC – 50 minutes with the highest extraction yield 71,65% The percent of added sugar indicated the best result of sensory evaluation was 4% The product pasteurized at 75oC in 25 minutes achieved the standards of microorganism and sensory evaluation after stabilization stage of 15 days

MỤC LỤC

Trang

MỤC LỤC i

DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT iv

DANH MỤC HÌNH VẼ v

DANH MỤC BẢNG BIỂU viii

MỞ ĐẦU 1

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN 3

1.1 LÚA NẾP THAN 3

1.1.1 Nguồn gốc và cấu tạo 3

1.1.2 Thành phần dinh dưỡng và phi dinh dưỡng 5

1.1.3 Sắc tố anthocyanin 10

1.1.3.1 Cấu tạo 10

1.1.3.2 Các yếu tố ảnh hưởng đến anthocyanin 11

1.1.3.3 Tính chất và ứng dụng 11

1.2 MALT (MẦM) 13

1.2.1 Quá trình nẩy mầm 13

1.2.2 Dinh dưỡng của gạo mầm 17

1.3 CÁC QUÁ TRÌNH CHÍNH TRONG SẢN XUẤT SẢN PHẨM TỪ MALT 20

1.3.1 Quá trình hấp và sấy trong sản xuất bột dinh dưỡng 20

1.3.2 Quá trình nấu malt trong sản xuất nước uống dinh dưỡng 22

1.4 TỔNG QUAN VỀ CÁC NGHIÊN CỨU VÀ CÁC SẢN PHẨM THỰC PHẨM TỪ NGUYÊN LIỆU NẾP THAN 27

1.4.1 Tổng quan các nghiên cứu về nếp than 27

1.4.2 Một số sản phẩm từ nếp than 29

CHƯƠNG 2 NGUYÊN LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 33

2.1 NGUYÊN LIỆU VÀ PHƯƠNG TIỆN 33

2.2 PHƯƠNG PHÁP 35

2.2.1 Quy trình công nghệ sản suất malt và các sản phẩm từ malt lúa nếp than 35

2.2.1.1 Sơ đồ quy trình 35

2.2.1.2 Thuyết minh quy trình 36

2.2.2 Sơ đồ nghiên cứu và bố trí thí nghiệm khảo sát 43

2.2.2.1 Quy trình công nghệ sản xuất malt từ lúa nếp than 43

2.2.2.2 Quy trình công nghệ sản xuất bột dinh dưỡng từ malt lúa nếp than 50

2.2.2.3 Quy trình công nghệ sản xuất nước uống dinh dưỡng từ malt lúa nếp than 57

2.2.3 Phương pháp sử dụng 64

2.2.3.1 Phân tích chỉ tiêu hóa lý, cảm quan sử dụng trong nghiên cứu 64

2.2.3.2 Xử lý số liệu 65

CHƯƠNG 3 KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 66

3.1 KẾT QUẢ KHẢO SÁT CÁC THÔNG SỐ CHẾ BIẾN 66

3.1.1 Trong quy trình công nghệ sản xuất malt từ lúa nếp than 66

3.1.1.1 Nguyên liệu: Kết quả kiểm tra chất lượng nguyên liệu lúa nếp than 66

3.1.1.2 Ngâm: Kết quả khảo sát chế độ ngâm lúa 68

3.1.1.3 Ủ: Kết quả khảo sát thời gian ủ malt 70

3.1.1.4 Sấy: Kết quả khảo sát chế độ sấy malt 71

3.1.1.5 Xử lý sau sấy: Kết quả xác định tỷ lệ thu hồi malt 74

3.1.1.6 Sản phẩm: Kết quả xác định tỷ lệ hao hụt anthocyanin 74

3.1.1.7 Sản phẩm: Kết quả kiểm tra chất lượng malt thành phẩm 76

3.1.1.8 Sản phẩm: Giá thành sản phẩm malt khô 76

3.1.2 Trong quy trình công nghệ sản xuất bột dinh dưỡng từ malt lúa nếp than 78

3.1.2.1 Ngâm: Kết quả khảo sát chế độ ngâm gạo malt 78

3.1.2.2 Hấp: Kết quả khảo sát thời gian hấp 81

3.1.2.3 Sấy: Kết quả khảo sát chế độ sấy 85

3.1.2.4 Sản phẩm: Kết quả khảo sát tỷ lệ nước sôi khuấy bột khi sử dụng 88

3.1.2.5 Sản phẩm: Kết quả xác định tỷ lệ hao hụt anthocyanin 90

3.1.2.6 Sản phẩm: Kết quả kiểm tra chất lượng bột malt thành phẩm 91

3.1.2.7 Sản phẩm: Giá thành sản phẩm bột dinh dưỡng 94

3.1.2.8 Sản phẩm: Tiêu chuẩn cơ sở cho bột dinh dưỡng 96

3.1.3 Trong quy trình công nghệ sản xuất nước uống dinh dưỡng từ malt lúa nếp than 98

3.1.3.1 Nấu: Kết quả khảo sát tỷ lệ malt: nước 98

3.1.3.2 Nấu: Kết quả khảo sát thời gian nấu ở nhiệt độ tối thích của enzyme β-amylase 99

3.1.3.3 Nấu: Kết quả khảo sát thời gian nấu ở nhiệt độ tối thích của enzyme α-amylase 101

3.1.3.4 Phối trộn: Khảo sát tỷ lệ đường bổ sung 102

3.1.3.5 Thanh trùng: Kết quả khảo sát chế độ thanh trùng và hàm lượng kali sorbat bổ sung 103

3.1.3.6 Sản phẩm: Kết quả xác định tỷ lệ hao hụt anthocyanin 104

3.1.3.7 Sản phẩm: Kết quả kiểm tra chất lượng nước malt thành phẩm 106

3.1.3.8 Sản phẩm: Giá thành sản phẩm nước uống dinh dưỡng 108

3.1.3.9 Sản phẩm: Tiêu chuẩn cơ sở cho nước uống dinh dưỡng 110

CHƯƠNG 4 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 112 DANH MỤC CÔNG TRÌNH CÔNG BỐ

TÀI LIỆU THAM KHẢO

PHỤ LỤC

DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT

- INS: International Numbering System- Hệ thống đánh số quốc tế

- ADI: Acceptable Daily Intake- Lượng ăn vào hàng ngày chấp nhận được

- ML: Maximum level- Giới hạn tối đa trong thực phẩm

- Đvhđ.A: Đơn vị hoạt động amylase

- WK: Windish-Kolbach, đơn vị đo năng lực đường hóa của malt

- CFU: Colony Forming Units- Số đơn vị hình thành khuẩn lạc

- MPN: Most Probable Number- Số xác suất cao nhất

DANH MỤC HÌNH VẼ

Trang

Hình 1.1: Cánh đồng lúa nếp than 3

Hình 1.2: Cấu tạo hạt lúa 4

Hình 1.3: Cấu trúc của acid phytic 9

Hình 1.4: Công thức cấu tạo của anthocyanin 10

Hình 1.5: Biến đổi trong hạt lúa nẩy mầm 15

Hình 1.6: Quá trình thủy phân tinh bột của các enzyme amylase 16

Hình 1.7: Cháo nếp cẩm (Công ty TNHH Minh Trung) 29

Hình 1.8: Gạo nếp cẩm rang ăn liền (Công ty Thực dưỡng Diệp Lục) 29

Hình 1.9: Sữa chua nếp cẩm Điện Biên (DNTN Vua Tào Phớ) 30

Hình 1.10: Rượu vang nếp than (công ty TNHH Anh Đào) 30

Hình 1.11: Red glutinous rice & Dairy fluor (Bánh mì hấp nếp than vị sữa –Trung Quốc) 31

Hình 1.12: Black sticky rice ice bar (Kem nếp than dạng cây- Thái Lan) 31

Hình 1.13: Bánh mì nếp than (Thái Lan) 31

Hình 1.14: Black sticky rice wine (Rượu nếp than -Trung Quốc) 32

Hình 1.15: Black glutinous rice flour (Bột gạo nếp than- Thái Lan) 32

Hình 2.1: Nguyên liệu lúa nếp than 33

Hình 2.2: Đường tinh luyện 33

Hình 2.3: Kali sorbat 34

Hình 2.4: Sơ đồ quy trình công nghệ sản suất malt và các sản phẩm từ malt lúa nếp than 35

Hình 2.5: Sơ đồ nghiên cứu quy trình công nghệ sản xuất malt từ lúa nếp than 43

Hình 2.6: Sơ đồ thí nghiệm khảo sát chế độ ngâm 45

Hình 2.7: Sơ đồ thí nghiệm khảo sát thời gian ủ malt 46

Hình 2.8: Sơ đồ thí nghiệm khảo sát chế độ sấy malt 47

Hình 2.9: Sơ đồ nghiên cứu quy trình công nghệ sản xuất bột dinh dưỡng từ malt

lúa nếp than 50

Hình 2.10: Sơ đồ thí nghiệm khảo sát tỷ lệ gạo malt: nước và thời gian ngâm 51

Hình 2.11: Sơ đồ thí nghiệm khảo sát thời gian hấp gạo malt 52

Hình 2.12: Sơ đồ thí nghiệm khảo sát chế độ sấy cơm malt 53

Hình 2.13: Sơ đồ thí nghiệm khảo sát tỷ lệ nước sôi khuấy bột khi sử dụng 54

Hình 2.14: Sơ đồ nghiên cứu quy trình công nghệ sản xuất nước uống dinh dưỡng từ malt lúa nếp than 57

Hình 2.15: Sơ đồ thí nghiệm khảo sát tỷ lệ malt: nước nấu 58

Hình 2.16: Sơ đồ thí nghiệm khảo sát thời gian nấu ở nhiệt độ tối thích của enzyme β-amylase 59

Hình 2.17: Sơ đồ thí nghiệm khảo sát thời gian nấu ở nhiệt độ tối thích của enzyme α-amylase 60

Hình 2.18: Sơ đồ thí nghiệm khảo sát tỷ lệ đường bổ sung 61

Hình 2.19: Sơ đồ thí nghiệm khảo sát chế độ thanh trùng và hàm lượng kali sorbat bổ sung 62

Hình 3.1: Biến đổi độ ẩm của lúa theo chế độ ngâm 69

Hình 3.2: Biến đổi hoạt tính amylase theo thời gian ủ 71

Hình 3.3: Biến đổi độ ẩm của malt theo thời gian sấy 72

Hình 3.4: Biến đổi năng lực đường hóa của malt theo thời gian sấy 73

Hình 3.5: Hàm lượng anthocyanin qua từng công đoạn sản xuất malt 75

Hình 3.6: Sơ đồ cân bằng vật chất trong sản xuất malt từ lúa nếp than 77

Hình 3.7: Biến đổi hàm lượng anthocyanin của gạo malt theo chế độ ngâm 79

Hình 3.8: Biến đổi độ ẩm của gạo malt theo chế độ ngâm 80

Hình 3.9: Biến đổi độ ẩm của gạo malt theo thời gian hấp 83

Hình 3.10: Kết quả đánh giá cảm quan độ chín của cơm malt 83

Hình 3.11: Đồ thị biểu diễn độ ẩm thay đổi theo thời gian sấy cơm malt ở 50o C 85

Hình 3.12: Đồ thị biểu diễn độ ẩm thay đổi theo thời gian sấy cơm malt ở 60oC 86

Hình 3.13: Đồ thị biểu diễn độ ẩm thay đổi theo thời gian sấy cơm malt ở 70oC 86

Hình 3.14: Đồ thị biểu diễn độ ẩm thay đổi theo thời gian sấy cơm malt ở 80oC 86

Hình 3.15: Hàm lượng anthocyanin còn lại qua mỗi chế độ sấy 87

Hình 3.16: Kết quả đánh giá cảm quan bột sau khuấy với các tỷ lệ nước sôi 89

Hình 3.17: Hàm lượng anthocyanin qua từng công đoạn sản xuất bột dinh dưỡng 90 Hình 3.18: Sơ đồ cân bằng vật chất trong sản xuất bột dinh dưỡng 95

Hình 3.19: Thành phẩm bột malt nếp than sau đóng gói và dán nhãn 96

Hình 3.20: Hiệu suất trích ly theo tỷ lệ trộn malt:nước 98

Hình 3.21: Hàm lượng đường khử theo thời gian thủy phân 99

Hình 3.22: Hàm lượng đường tổng theo thời gian thủy phân 101

Hình 3.23: Kết quả đánh giá cảm quan độ ngọt ưa thích 102

Hình 3.24: Hàm lượng anthocyanin qua từng công đoạn sản xuất nước uống dinh dưỡng105 Hình 3.25: Sơ đồ cân bằng vật chất trong sản xuất nước uống dinh dưỡng 108

Hình 3.26: Thành phẩm nước malt nếp than 109

Hình 3.27: Thành phẩm nước malt nếp than sau vô chai dán nhãn 110

Hình 4.1: Sơ đồ quy trình công nghệ sản xuất malt lúa nếp than 113

Hình 4.2: Sơ đồ quy trình công nghệ sản xuất bột dinh dưỡng từ malt lúa nếp than115 Hình 4.3: Sơ đồ quy trình công nghệ sản xuất nước uống dinh dưỡng từ malt lúa nếp than 117

DANH MỤC BẢNG BIỂU

Trang Bảng 1.1: Thành phần dinh dưỡng chứa trong 100gram gạo nếp trắng, nếp than và

gạo huyết rồng 5

Bảng 1.2: Thành phần các acid amin trong 100gram gạo nếp than và gạo huyết rồng8 Bảng 1.3: So sánh một số thành phần dinh dưỡng của hạt gạo chưa nẩy mầm và hạt gạo đã nẩy mầm 18

Bảng 1.4: Tác dụng của một số chất có hoạt tính sinh học trong hạt gạo nẩy mầm 19 Bảng 2.1: Các chỉ tiêu kiểm tra chất lượng nguyên liệu 44

Bảng 2.2: Các chỉ tiêu kiểm tra chất lượng malt khô 49

Bảng 2.3: Các chỉ tiêu kiểm tra thành phần dinh dưỡng bột malt thành phẩm 55

Bảng 2.4: Các chỉ tiêu kiểm tra thành phần dinh dưỡng nước malt thành phẩm 63

Bảng 3.1: Kết quả kiểm tra nguyên liệu 66

Bảng 3.2: Biến đổi độ ẩm của lúa theo chế độ ngâm 69

Bảng 3.3: Biến đổi hoạt tính amylase theo thời gian ủ 70

Bảng 3.4: Biến đổi độ ẩm và năng lực đường hóa của malt theo thời gian sấy 72

Bảng 3.5: Hàm lượng anthocyanin qua từng công đoạn sản xuất malt 74

Bảng 3.6: Kết quả kiểm tra chỉ tiêu hóa lý malt thành phẩm 76

Bảng 3.7: Giá thành sản xuất malt từ 1kg lúa nguyên liệu 77

Bảng 3.8: Biến đổi hàm lượng anthocyanin của gạo malt theo chế độ ngâm 78

Bảng 3.9: Biến đổi độ ẩm của gạo malt theo chế độ ngâm 80

Bảng 3.10: Biến đổi độ ẩm của gạo malt theo thời gian hấp 82

Bảng 3.11: Kết quả đánh giá cảm quan độ chín của cơm malt 83

Bảng 3.12: Các chế độ sấy cơm malt đạt độ ẩm cân bằng 87

Bảng 3.13: Hàm lượng anthocyanin còn lại qua mỗi chế độ sấy 87

Bảng 3.14: Kết quả đánh giá cảm quan bột sau khuấy với các tỷ lệ nước sôi 88

Bảng 3.15: Hàm lượng anthocyanin qua từng công đoạn sản xuất bột dinh dưỡng 90 Bảng 3.16: Kết quả đánh giá cảm quan chất lượng bột malt thành phẩm 91

Bảng 3.17: Kết quả kiểm tra thành phần dinh dưỡng bột malt thành phẩm 92

Bảng 3.18: Kết quả kiểm tra vi sinh trong bột malt thành phẩm 93

Bảng 3.19: Kết quả kiểm tra kim loại nặng và độc tố trong bột malt thành phẩm 93

Bảng 3.20: Giá thành sản xuất bột dinh dưỡng từ 1kg malt nguyên liệu 95

Bảng 3.21: Tiêu chuẩn cơ sở cho bột dinh dưỡng 97

Bảng 3.22: Hiệu suất trích ly chất khô theo tỷ lệ trộn malt:nước 98

Bảng 3.23: Hàm lượng đường khử theo thời gian thủy phân 99

Bảng 3.24: Hàm lượng đường tổng theo thời gian thủy phân 101

Bảng 3.25: Kết quả đánh giá cảm quan độ ngọt ưa thích 102

Bảng 3.26: Kết quả đánh giá sản phẩm sau thời gian bảo ôn 103

Bảng 3.27: Kết quả kiểm tra vi sinh sản phẩm thanh trùng ở 75o C trong 25 phút và hàm lượng kali sorbat bổ sung là 300ppm 104

Bảng 3.28: Hàm lượng anthocyanin qua từng công đoạn sản xuất nước uống dinh dưỡng104 Bảng 3.29: Kết quả đánh giá cảm quan chất lượng nước malt thành phẩm 106

Bảng 3.30: Kết quả kiểm tra thành phần dinh dưỡng nước malt thành phẩm 106

Bảng 3.31: Kết quả kiểm tra vi sinh trong nước malt thành phẩm 107

Bảng 3.32: Kết quả kiểm tra kim loại nặng và độc tố trong nước malt thành phẩm107 Bảng 3.33: Giá thành sản xuất nước dinh dưỡng từ 1kg malt nguyên liệu 108

Bảng 3.34: Tiêu chuẩn cơ sở cho nước uống dinh dưỡng từ malt nếp than 111

MỞ ĐẦU

Lúa là cây lương thực quan trọng của hơn một nửa dân số trên thế giới và là nguồn lương thực chính ở các nước Châu Á Theo nhiều nghiên cứu khoa học trong và ngoài nước về công dụng và ứng dụng của các loại lúa gạo, thì lúa nếp than (hay nếp cẩm) là một loại ngũ cốc có giá trị dinh dưỡng cao

Gu Defa (2006) cho thấy có mặt các chất dinh dưỡng đặc biệt trong gạo nếp than như chất xơ, protein, các acid amin thiết yếu, vitamin B, khoáng chất…, nổi bật so với các loại gạo khác và hoàn toàn có lợi cho sức khỏe con người Đặc biệt là hàm lượng anthocyanin rất cao cùng với khả năng chống oxy hóa vượt trội của anthocyanin trong nguyên liệu nếp than giúp ngăn chặn tác động nguy hại của các gốc tự do (Kanitha Tananuwong, 2010), đồng thời bảo vệ hạt không bị peroxyd, không gây ra mùi ôi khê khi bảo quản (Dương Thanh Liêm, 2010) Ngoài ra, nếp than còn chứa nhiều cấu tử tạo hương thơm đặc trưng, hấp dẫn hơn so với các loại gạo khác (C.Bounphanousay, 2008)

Mầm lúa chứa hàm lượng cao các chất dinh dưỡng dễ hấp thu, các acid amin, vitamin, khoáng và xơ Các acid amin như lysine cao gấp 3 lần, gamma-amino-butyric acid gấp 10 lần lúa gạo thường, ngoài ra tocotrienol factor (TRF), chất chống oxi hóa, bảo vệ các thể lipoprotein-cholesterol trong máu cũng cao (USDA, 2000) Thêm vào đó việc sử dụng thực phẩm từ gạo đã lên mầm giúp ngăn ngừa đau đầu, làm giảm chứng táo bón, ngăn ngừa ung thư ruột, điều chỉnh mức đường trong máu, ngăn ngừa bệnh tim, giảm huyết áp cũng như ngăn ngừa bệnh Alzheimer (Kayahara và Tsukahara, 2000) Youn (2007) nhận thấy hoạt tính chống oxy hóa của dịch trích từ gạo mầm cao hơn 1,3 - 1,6 lần so với gạo thường Gạo mầm cũng cho thấy có khả năng nâng cao sức khỏe về tinh thần và khả năng miễn dịch ở phụ

nữ đang cho con bú (Shigeko và cộng sự, 2007) Bên cạnh sự gia tăng giá trị dinh dưỡng, quá trình nẩy mầm hạt sẽ tạo ra hương và vị ngọt nhẹ dịu (Klaus, 1980) Tuy nhiên, hiện nay việc sản xuất và tiêu thụ các sản phẩm từ nguyên liệu lúa nếp than chưa phổ biến Nhằm tạo điều kiện phát triển các sản phẩm từ nguồn nguyên

liệu hữu ích này, cũng như góp phần nâng cao giá trị thương phẩm, bảo vệ nguồn gen quí giá của giống lúa nếp than cổ truyền Việt Nam, chúng tôi tiến hành thực

hiện đề tài “Nghiên cứu công nghệ sản xuất malt và các sản phẩm từ malt lúa

nếp than”

 MỤC TIÊU NGHIÊN CỨU

Đa dạng hóa sản phẩm chế biến từ lúa nếp than nhằm khai thác giá trị dinh dưỡng

và chất chống oxyhóa tự nhiên, đồng thời làm tăng hiệu quả kinh tế cho nguồn nguyên liệu truyền thống này Nghiên cứu thực hiện với mục tiêu như sau:

- Xây dựng quy trình công nghệ sản xuất malt từ lúa nếp than

- Xây dựng quy trình công nghệ sản xuất bột dinh dưỡng từ malt lúa nếp than

- Xây dựng quy trình công nghệ sản xuất nước uống dinh dưỡng từ malt lúa nếp than

 ĐỐI TƯỢNG VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU

 Đối tượng: Lúa giống nếp than (Oryza sativa L.) mua ở trạm bảo vệ thực vật

huyện Vĩnh Hưng, Long An, Việt Nam

 Phạm vi: Nghiên cứu được tiến hành từ 14/ 02/ 2011 đến 03/ 12/ 2011, tại phòng

thí nghiệm Hóa Thực phẩm trường đại học Lạc Hồng, Biên Hòa, Đồng Nai

 Nội dung nghiên cứu như sau:

- Kiểm tra chất lượng nguyên liệu, khảo sát xác định các thông số chế biến tại công đoạn ngâm, ủ, sấy trong xây dựng quy trình công nghệ sản xuất malt từ lúa nếp than Kiểm tra chất lượng malt thành phẩm

- Xác định các thông số chế biến tại công đoạn ngâm, hấp, sấy và hướng sử dụng thành phẩm trong xây dựng quy trình công nghệ sản xuất bột dinh dưỡng từ malt lúa nếp than Xây dựng tiêu chuẩn chất lượng bột malt thành phẩm

- Xác định các thông số chế biến tại công đoạn nấu, phối trộn, thanh trùng trong xây dựng quy trình công nghệ sản xuất nước uống dinh dưỡng từ malt lúa nếp than Xây dựng tiêu chuẩn chất lượng nước malt thành phẩm

CHƯƠNG 1

TỔNG QUAN

1.1 LÚA NẾP THAN

1.1.1 Nguồn gốc và cấu tạo

Cây lúa (Oryza sativa L.) là loại cây lương thực chính của hơn một nửa dân số trên thế giới Khoảng 20 loài của giống Oryza đã được nhận biết, gần như tất cả gạo được trồng đều là Oryza sativa (Juliano, 1993)

Lúa nếp than có tên khoa học Oryza sativa L glutinosa Tanaka, về phân loại thực vật, cây lúa thuộc họ Gramineae (hòa thảo), tộc Oryzeae, chi Oryza Lúa nếp than có thời

gian sinh trưởng khá dài (6 tháng), thích hợp với các vùng đất cao và khô thoáng

Hình 1.1: Cánh đồng lúa nếp than Lúa nếp than là một trong các loại lúa gạo có vỏ trấu màu nâu đen, hạt gạo sau khi bóc tách vỏ sẽ thấy màu tím đen, tùy vào độ chín của hạt mà màu tím có thể đến tận tâm của hạt

Hình 1.2: Cấu tạo hạt lúa

và nội nhũ 90 - 91% (Juliano, 1972)

 Hạt gạo

Bên trong vỏ lúa là hạt gạo Hạt gạo gồm 2 phần:

- Phần phôi hay mầm (embryo): nằm ở góc dưới hạt gạo, chổ đính vào đế hoa và ở

về phía mảnh vỏ trấu lớn

- Phôi nhũ: chiếm phần lớn hạt gạo chứa chất dự trữ, chủ yếu là tinh bột

Bên ngoài hạt gạo được bao bởi một lớp vỏ lụa mỏng chứa nhiều vitamin, nhất là vitamin nhóm B Khi xay xát lớp này tróc ra thành cám mịn (Nguyễn Ngọc Đệ, 2008)

1.1.2 Thành phần dinh dưỡng và phi dinh dưỡng

 Thành phần dinh dưỡng

Lúa nếp than sau tách vỏ trấu là hạt cốc lức nguyên cám, có thành phần dinh dưỡng

tự nhiên chứa nhiều nhóm chất thiết yếu rất có lợi cho sức khỏe Nếu sử dụng làm nguyên liệu chế biến ra các loại thực phẩm như: các loại bánh, bột dinh dưỡng, nước dinh dưỡng… thì những loại thực phẩm này sẽ có được nguồn chất dinh dưỡng cân đối của nguyên liệu (Dương Thanh Liêm, 2010)

Bảng 1.1: Thành phần dinh dưỡng chứa trong 100gram gạo nếp trắng, nếp than và gạo huyết rồng

Thành phần Đơn vị Gạo nếp trắng Gạo nếp than Gạo huyết rồng

Thành phần Đơn vị Gạo nếp trắng Gạo nếp than Gạo huyết rồng

hoặc không chứa amylose (Williams và cộng sự, 1958; Juliano và cộng sự, 1964; Beachell và Stansel, 1963) Đường chiếm khoảng 0,3 - 0,5% trong gạo xát trắng và khoảng 0,6 - 1,4% trong gạo tách vỏ trấu Đường tự do chủ yếu là saccharose cùng với một lượng nhỏ glucose và fructose (Williams và Bevenue, 1953)

 Protein

Hàm lượng protein chịu ảnh hưởng lớn bởi giống và điều kiện môi trường (Mc Call

và cộng sự, 1953), bởi mùa vụ (Cagampang và cộng sự, 1966) và phân đạm (Juliano

và cộng sự, 1964; Kik và Hall, 1961; Sturgis và cộng sự, 1952) Juliano và các cộng

sự (1964) cho thấy có sự khác biệt khoảng 4% trong hàm lượng protein của cùng một loại gạo trồng ở các mùa vụ khác nhau Hầu hết protein trong gạo là loại tan trong kiềm (glutelin) (David và Kohler, 1970)

 Lipid

Lipid tập trung chủ yếu trong cám và phôi Độ ổn định của lipid từ gạo là do các chất chống oxy hóa mà chủ yếu là tocopherol Trong một nghiên cứu (Herting và Drury, 1963) cho thấy dầu cám gạo thô chứa 0,044% tổng lượng tocopherol, trong

đó 0,026% là α-tocopherol Trong gạo cũng có chứa một loại tocopherol lạ, đó là tocopherol Nghiên cứu xa hơn cho thấy có sự hiện diện của 4 tocopherol đã được methyl hóa và 4 loại tocotrienol liên quan và từ đó xác định được η-tocopherol của lipid gạo là 7,8-dimethyl tocotrienol (David và Kohler, 1970)

η- Vitamin và khoáng

Gạo chứa ít hoặc không có vitamin A, acid ascorbic, vitamin D (Watt và Merrill, 1963; Juliano, 1966) Thành phần vitamin chủ yếu là nhóm B, khoảng 81% thiamin (vitamin B1) trong hạt gạo là ở các lớp vỏ cám, 11% trong phôi và chỉ 8% trong nội nhũ (Manful và cộng sự, 2007)

Một báo cáo (Normand và cộng sự, 1965) cho thấy tổng hàm lượng tro cũng như hàm lượng của từng chất khoáng cao nhất ở các lớp ngoài cùng và giảm dần về phía trong hạt

 Acid amin

Hàm lượng acid amin tự do chiếm nhiều nhất là ở trong phôi, sau đó là đến cám và cuối cùng là ở trong nội nhũ (Takano và Nozu, 1961)

Bảng 1.2: Thành phần các acid amin trong 100gram gạo nếp than và gạo huyết rồng

Thành phần Đơn vị Gạo nếp than Gạo huyết rồng

 Thành phần phi dinh dưỡng - acid phytic

Theo ghi nhận của Oberleas (1973), acid phytic còn có tên là myoinositol 1,2,3,4,5,6-hexakis dihydrogen phosphate Công thức hóa học là C6H18O24P6 và có khối lượng phân tử 659,86 Da (John và cộng sự, 2003)

Hình 1.3: Cấu trúc của acid phytic Theo Erdman (1979), acid phytic là nguồn dự trữ phospho chủ yếu trong hầu hết tất

cả các hạt Trên 80% phospho trong hạt ở dưới dạng acid phytic khi hạt trưởng thành Trong hạt, acid phytic tồn tại chủ yếu dưới dạng muối K và Mg và được gọi là phytate Trong phần nội nhũ bột của hạt thì hầu như không có acid phytic, nó tập trung chủ yếu là ở phôi và các lớp aleuron (Reddy và Sathe, 2002)

Một vài nghiên cứu in vitro và in vivo trên động vật và người đã cho thấy acid phytic làm giảm giá trị sinh học của các chất khoáng do tạo thành phức với chúng (Reddy và Sathe, 2002) Ngoài ra, phức phytic - protein hoặc phytic - kim loại- protein này có thể gây ảnh hưởng bất lợi đến khả năng tiêu hóa và giá trị sinh học của protein (Reddy và Sathe, 2002)

Acid phytic còn có khả năng liên kết với tinh bột hoặc trực tiếp bởi liên kết hydro với nhóm phosphate hoặc gián tiếp thông qua protein, điều này cũng dẫn đến làm giảm khả năng hòa tan và tiêu hóa tinh bột (Reddy và Sathe, 2002)

Các quá trình chế biến như ngâm, nấu, nẩy mầm, chiếu xạ, ép đùn, xay, sấy, lên men, rang, dùng vi sóng , có thể làm giảm hàm lượng acid phytic

1.1.3 Sắc tố anthocyanin

Từ “anthocyanin” được Marquart đưa ra năm 1895 để chỉ sắc tố màu xanh của cây

Centaurea cyanus Từ “anthocyanin” do chữ “anthos”: hoa, “kyanos”: xanh, về sau

được dùng để chỉ các sắc tố thuộc nhóm flavanoid có màu xanh, đỏ hoặc tím Màu tím đen của gạo nếp than được cho bởi anthocyanin có tác dụng giúp máu lưu thông tốt, và là một chất chống oxy hóa ức chế sự lão hóa

1.1.3.1 Cấu tạo

Anthocyanin là các dẫn xuất polyhydroxy và methoxy của flavylium Khi đun nóng anthocyanin trong dung dịch HCl 20%, phần đường trong phân tử (thường nối vào

OH ở C-3) bị cắt và cho phần aglycone được gọi là anthocyanidin Trong thực phẩm

có 6 anthocyanidin phổ biến (pelargonnidin, cyaniding, delphinidin, peonidin, petunidin, malvidin), nó khác nhau do độ hydroxyl và methoxyl hóa vòng B

Hình 1.4: Công thức cấu tạo của anthocyanin Anthocyanin là những glucoside do gốc đường glucose, glactose, kết hợp với gốc aglucon có màu (anthocyanidin) Các gốc đường có thể được gắn vào vị trí 3, 5, 7 thường được gắn vào vị trí 3 và 5 còn vị trí 7 rất ít Phân tử anthocyanin gắn đường vào vị trí 3 gọi là monoglycoside, ở vị trí 3 và 5 gọi là diglycoside Các aglycone của anthocyanin khác nhau chính là do các nhóm gắn vào vị trí R1 và R2, thường là

H, OH hoặc OCH3

1.1.3.2 Các yếu tố ảnh hưởng đến anthocyanin

- Nhiệt độ: khi tăng nhiệt độ sẽ dẫn đến sự thay đổi độ hấp thu cực đại, màu của

anthocyanin cũng giảm khi gia tăng nhiệt độ

- pH: pH quá cao hoặc quá thấp sẽ dẫn đến sự thoái hóa màu anthocyanin, hiệu

quả của chất màu này đạt cực đại ở pH = 3,5

- Thời gian bảo quản và ánh sáng: tăng thời gian bảo quản thì chất màu

anthocyanin giảm và khi bảo quản ở các điều kiện môi trường khác nhau cũng ảnh hưởng đến sắc tố anthocyanin Thời gian bảo quản và chiếu sáng trực tiếp ảnh hưởng lên sự ổn định của anthocyanin Các nhà nghiên cứu đã cho rằng giữ mẫu ngoài ánh sáng thì nồng độ của chất màu giảm mạnh hơn trong tối

- Các yếu tố khác: cũng có thể ảnh hưởng đến màu anthocyanin như nồng độ của

các chất màu kết hợp với anthocyanin, tỷ lệ tương đối trong hỗn hợp các anthocyanin, ảnh hưởng của các sắc tố khác như carotenoid, chlorophyl

1.1.3.3 Tính chất và ứng dụng

Anthocyanin có bước sóng hấp thụ trong miền nhìn thấy, khả năng hấp thụ cực đại tại bước sóng 510  540nm Độ hấp thụ là yếu tố liên quan mật thiết đến màu sắc của các anthocyanin chúng phụ thuộc vào pH của dung dịch, nồng độ anthocyanin; thường pH thuộc vùng acid mạnh có độ hấp thụ lớn, nồng độ anthocyanin càng lớn

độ hấp thụ càng mạnh

Trong các chất màu thực phẩm có nguồn gốc tự nhiên, anthocyanin là họ màu phổ biến nhất tồn tại trong hầu hết các thực vật bậc cao và tìm thấy được trong một số loại rau, hoa, quả, hạt có màu từ đỏ đến tím như: quả nho, quả dâu, bắp cải tím, lá tía tô, hoa hibicut, đậu đen, quả cà tím, gạo nếp than, gạo đỏ

Anthocyanin là sắc tố tan trong nước, màu của anthocyanin được xác định bởi cấu trúc hóa học và môi trường bên ngoài Có thể hai anthocyanin khác nhau cho màu giống nhau hay hai anthocyanin giống nhau lại cho màu khác nhau Khi tăng số nhóm hydroxyl vào phân tử sẽ làm cho nó chuyển từ màu đỏ sang màu xanh Khi

thay nhóm hydroxyl bằng nhóm methoxyl sẽ làm ngược lại khuynh hướng đổi màu

Ở pH thấp anthocyanin thường có màu đỏ, trở thành không màu ở pH cao rồi thành xanh ở pH cao hơn nữa

Ngoài tác dụng là chất màu thiên nhiên được sử dụng khá an toàn trong thực phẩm, tạo ra nhiều màu sắc hấp dẫn cho mỗi sản phẩm, anthocyanin còn là hợp chất có nhiều hoạt tính sinh học quý như: khả năng chống oxy hóa cao nên được sử dụng để chống lão hóa, hoặc chống oxy hóa các sản phẩm thực phẩm, hạn chế sự suy giảm sức đề kháng; có tác dụng làm bền thành mạch, chống viêm, hạn chế sự phát triển của các tế bào ung thư; tác dụng chống các tia phóng xạ

Một nghiên cứu mới của giáo sư David Capuzzi thuộc Trung tâm Y tế Jefferson Myrna tại Philadenphia Mỹ cho thấy anthocyanin trong gạo nếp cẩm có công dụng giảm 45% tỷ lệ tái tai biến tim mạch, giúp khoảng 33% số bệnh nhân tim mạch tránh khỏi tử vong sau 5 năm sử dụng khi cho những bệnh nhân tim mạch khi dùng một loại thuốc có tên là Xuezhikang, được bào chế từ gạo nếp cẩm

Các nhà khoa học ở Đại học bang Louisiana nghiên cứu cho thấy chất chống oxy hóa tạo màu sậm này sẽ “quét” sạch các phân tử gây hại, giúp bảo vệ thành mạch và ngăn ngừa tổn thương DNA mà có thể dẫn tới ung thư Nhà khoa học thực phẩm, bác sĩ Zhimin Xu cho biết: “Hàm lượng chất chống oxy hóa anthocyanin trong một thìa cám nếp cẩm nhiều hơn một thìa nam việt quất (cranberry) mà lại ít đường, giàu chất xơ và vitamin E hơn

Những đặc tính quý báu của anthocyanin mà các chất màu hóa học, các chất màu khác hình thành trong quá trình gia công kỹ thuật không có được đã mở ra một hướng nghiên cứu ứng dụng hợp chất màu anthocyanin lấy từ thiên nhiên vào trong đời sống hàng ngày, đặc biệt trong công nghệ chế biến thực phẩm Điều đó hoàn toàn phù hợp với xu hướng hiện nay của các nước trên thế giới là nghiên cứu khai thác chất màu từ thiên nhiên sử dụng trong thực phẩm, bởi vì chúng có tính an toàn cao cho người sử dụng (Trần Thị Hồng Trúc, 2008; Huỳnh Kim Cúc, 2010)

1.2 MALT (MẦM)

1.2.1 Quá trình nẩy mầm

Hạt lúa khi chín và đã sấy khô có hàm ẩm trung bình khoáng 13 - 14% Ở điều kiện này, nó có hoạt tính trao đổi chất rất thấp Khi bị ẩm tăng lên, độ ẩm của lớp aleuron kích thích các tế bào tiết ra các enzyme thủy phân như amylase, protease, phytase

và ribonuclease (Eugene, 1982) Trong quá trình nẩy mầm, hạt hút nước nhanh, các enzyme được hoạt hóa, tốc độ hô hấp tăng nhanh, bắt đầu sử dụng các chất dự trữ

và xuất hiện rễ mầm Quá trình này được gọi là sự nẩy mầm (King, 1989; Swift và O’Brien, 1972)

Trong suốt quá trình nẩy mầm, phôi lấy các chất dinh dưỡng trong nội nhũ thông qua lớp biểu mô để phát triển Việc tiếp xúc với ẩm làm hoạt hóa các enzyme khởi xướng quá trình nẩy mầm Tinh bột ở những vùng lân cận của phôi được thủy phân thành các đường đơn giản sử dụng để nuôi dưỡng phôi Ngoài hoạt tính của các enzyme này, hormon cũng tác động đến quá trình nẩy mầm bằng cách ảnh hưởng đến sự tạo thành amylase trong nội nhũ (Posner và Hibbs, 1997)

 Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình nẩy mầm

và nồng độ CO2 cao (Klaus, 1980)

 Hấp thu nước

Giai đoạn đầu tiên xảy ra trong quá trình nẩy mầm là sự hấp thu nước của hạt mà chủ yếu bị ảnh hưởng bởi khả năng thẩm thấu của lớp vỏ hạt Tuy nhiên, thành phần

của hạt, hàm lượng nước ngâm cũng như nồng độ các chất hòa tan trong dung dịch cũng ảnh hưởng đến khả năng hấp thu

Quá trình hấp thu này không liên quan đến khả năng sống của hạt, nó xảy ra ở cả hạt còn sống và hạt đã chết Sự hấp thu nước dẫn đến làm tăng đáng kể áp suất, điều này rất quan trọng trong quá trình nẩy mầm và phát triển của mầm hạt bởi vì nó giúp làm nứt vỡ lớp vỏ hạt

Khả năng hấp thu nước của hạt sẽ giảm khi nồng độ các chất hòa tan trong dung dịch ngâm tăng lên do tác dụng thẩm thấu (Klaus, 1980) Thành phần chủ yếu hấp thu nước là protein Protein mang cả hai điện tích âm (-) và dương (+) nên dễ dàng hút các phân tử nước phân cực mạnh Ngược lại, tinh bột có ái lực rất yếu với nước trong khi lipid hoàn toàn không có ái lực với nước (Miller, 2010)

 Nhiệt độ

Nẩy mầm là một quá trình phức tạp gồm nhiều phản ứng và giai đoạn mà mỗi phản ứng và giai đoạn này đều bị ảnh hưởng bởi nhiệt độ (Miller, 2010) Nhiệt độ mà khi

đó hạt bắt đầu nẩy mầm khác nhau tùy theo giống, nguồn gốc hạt và cả tuổi của hạt

Ở nhiệt độ quá thấp hoặc quá cao thì quá trình nẩy mầm của hạt sẽ bị ngăn chặn Đối với lúa gạo, nhiệt độ tối thiểu là 10 – 12oC, nhiệt độ tối ưu là 30 – 37oC và nhiệt

độ tối đa là 40 – 42oC (Klaus, 1980)

 Điều kiện không khí

Quá trình nẩy mầm bị ảnh hưởng bởi thành phần không khí xung quanh Hầu hết hạt nẩy mầm trong môi trường không khí chứa 20% O2 và 0,03% CO2 - đây là điều kiện bình thường của khí quyển

Tuy nhiên, hạt sẽ nẩy mầm mạnh hơn khi nồng độ oxy tăng trên mức 20%, bởi vì quá trình nẩy mầm đòi hỏi phải sử dụng năng lượng và hầu hết các quá trình cần năng lượng thường là các quá trình oxy hóa Ngược lại, CO2 ức chế quá trình nẩy mầm Hầu hết hạt không nẩy mầm được khi nồng độ CO2 tăng quá cao (Klaus, 1980)

 Ánh sáng

Trong quá trình ủ mầm, người ta cũng hạn chế ánh sáng vì ánh sáng làm tăng hoạt động của diệp lục tố, phát triển thân lá làm hao tổn chất khô và làm giảm hoạt động của enzyme (Nguyễn Tấn Viện, 1992)

 Các chất ức chế quá trình nẩy mầm

Thuốc diệt cỏ và thuốc diệt côn trùng có thể ức chế nẩy mầm, cũng như các hóa chất dùng để bảo quản hạt Do đó, nên dùng loại hạt không qua xử lý để thực hiện nẩy mầm (Klaus, 1980)

 Những biến đổi xảy ra trong hạt lúa nẩy mầm

Hình 1.5: Biến đổi trong hạt lúa nẩy mầm

 Quá trình sinh lý

Hạt nẩy mầm tiếp tục hô hấp để duy trì sự sống Quá trình hô hấp tăng mạnh hơn so với hạt khi chưa ngâm nước, nhu cầu oxy tăng lên, phần lớn lượng oxy để oxy hóa các chất dự trữ tạo ra năng lượng cần thiết cho các hệ enzyme hoạt động Đồng thời diễn ra sự tổng hợp các chất cần thiết cho mầm phát triển (Nguyễn Tấn Viện, 1992)

 Quá trình sinh hóa

Trong giai đoạn nẩy mầm diễn ra quá trình hoạt động mạnh của các enzym, quá trình thủy phân các chất cao phân tử phức tạp thành các chất đơn giản và quá trình tổng hợp các chất mới (Nguyễn Tấn Viện, 1992)

 Sự hình thành hoạt động của các hormon

Acid gibberellic, acid abscisic, auxin và cytokinin là các hormon sinh ra trong quá trình phát triển và nẩy mầm của hạt Acid gibberelic được tạo ra ở phôi khuếch tán vào trong lớp aleuron và gây nên sự tổng hợp và tiết ra các enzyme thủy phân Acid abscisic đóng vai trò điều hòa trong quá trình nẩy mầm Cytokinin không tham gia vào giai đoạn đầu nẩy mầm nhưng có lẽ chúng cần thiết cho sự phát triển của các tế bào trong phôi Auxin ảnh hưởng đến vảy nhỏ (Hicran Koc, 2007)

 Sự hình thành hoạt động của enzyme

Các enzyme là thành phần sinh hóa quan trọng nhất hình thành trong quá trình nẩy mầm và ảnh hưởng đến chất lượng mầm (Fincher, 1989; Juhasz và cộng sự, 2005) + Các enzyme phân hủy carbohydrate

Các enzyme phân hủy carbohydrate như α- và β-amylase, cellulase, glucanase,… Cùng với quá trình nẩy mầm, các enzyme này hình thành từ từ, khi quá trình nẩy mẩm xảy ra mạnh, các enzyme xâm nhập vào trong nội nhũ Corder và Henry (1989) nhận thấy rằng hoạt tính của enzyme α-amylase tăng chậm trong bốn ngày đầu nẩy mầm

Hình 1.6: Quá trình thủy phân tinh bột của các enzyme amylase

+ Các enzyme phân hủy protein

Enzyme chủ yếu liên quan tới quá trình nẩy mầm là endopeptidase acid và carboxypeptidase Endopeptidase nằm trong vỏ quả, vỏ hạt và lớp aleuron ở giai đoạn đầu phát triển, sau đó giảm cùng với quá trình chín Chúng cũng có trong phôi

và nội nhũ Trong hạt đang nẩy mầm, hàm lượng tăng lên bởi sự thúc đẩy của các

hormon Chúng cắt các liên kết peptid bên trong tạo thành các peptid nhỏ hơn Carboxypeptidase thủy phân protein và các peptid từ C cuối của acid amin cuối cùng Khi nẩy mầm, chúng tăng lên ba lần và các enzyme trong nội nhũ phần lớn nằm gần kề mô vảy nhỏ của hạt (Kruger, 1989; Fincher, 1989)

+ Các enzyme khác

Lipase có chủ yếu ở phần phôi và tăng trong quá trình nẩy mầm (Hicran Koc, 2007) Ngoài lipase còn thấy có sự tăng lên khoảng 33 lần phenoloxidase Peroxidase và catalase cũng tăng trong suốt quá trình nẩy mầm, chúng đóng vai trò trong các phản ứng oxy hóa ảnh hưởng đến sự phá hủy các sắc tố (Kruger, 1989) Enzyme phytase có mặt trong lớp aleuron và thực hiện thủy phân thành phần acid phytic trong nội nhũ (Eugene, 1982)

1.2.2 Dinh dưỡng của gạo mầm

Gạo nẩy mầm không những đem lại nhiều chất dinh dưỡng mà còn nấu rất dễ dàng

và cung ứng cho chúng ta một khẩu vị hơi ngọt vì các enzyme đã tác động vào các chất đường và chất đạm trong hạt gạo (Dương Thanh Liêm, 2010)

Một nhóm các nhà khoa học Nhật Bản đã tìm thấy gạo lức ngâm lâu 22 tiếng đồng

hồ chứa rất nhiều chất bổ dưỡng vì gạo lức ở trạng thái nẩy mầm “Các enzyme ngủ trong hạt gạo ở trạng thái này được kích thích hoạt động và cung cấp tối đa các chất dinh dưỡng”, Dr Hiroshi Kayahara, giáo sư khoa sinh học và kỹ thuật sinh học tại viện đại học Shinshu University ở Nagano, đã nói như vậy trong bài tường trình kết

quả nghiên cứu của nhóm ông tại hội nghị hóa học quốc tế “The 2000 International Chemical Congress of Pacific Basin Societies” ở Hawaii

Trong suốt quá trình nẩy mầm, hàm lượng các chất dinh dưỡng như acid aminobutyric (GABA), xơ tan, inositol, acid ferulic, tocotrienol, Mg, K, Zn, γ-oryzanol,… tăng lên đáng kể So với hạt chưa nẩy mầm, GABA cao gấp 10 lần; xơ tan, vitamin E, niacin và lysin tăng khoảng 4 lần, vitamin B1, B6 và Mg tăng khoảng 3 lần (Kayahara và Tsukahara, 2000) Chất xơ tan tăng nhiều lần trong hạt mầm rất có lợi trong phòng chống nhiều bệnh nguy hại như ung thư, trong chất xơ tan có rất nhiều β-glucan có tác dụng kích thích bạch cầu tăng cường hoạt động thực bào các loại mầm bệnh có nguồn gốc vi khuẩn hay siêu vi trùng và cả những

γ-tế bào ung thư (Dương Thanh Liêm, 2010)

Ohtsubo và cộng sự, Ikujelola và Fashakin (2005) cũng cho thấy rằng quá trình nẩy mầm làm tăng hàm lượng các chất có hoạt tính sinh học, ví dụ các chất chống oxy hóa như tocopherol, carotenoid, vitamin C và các hợp chất phenolic Các nhà khoa học cũng tìm thấy trong mầm gạo có chứa một loại enzyme có tác dụng ngăn chặn prolylendopeptidase và điều hòa các hoạt động ở trung ương não bộ

Bảng 1.3: So sánh một số thành phần dinh dưỡng của hạt gạo chưa nẩy mầm và hạt gạo đã nẩy mầm

Thành phần Đơn vị Gạo chưa nẩy mầm Gạo nẩy mầm

(Nguồn: Jang, 1999)

Năng lượng của hạt gạo nẩy mầm tương đương với chưa nẩy mầm nhưng hàm lượng

xơ, Ca, vitamin và khoáng chất thì cao hơn đáng kể, đặc biệt là vitamin B1, B2

Bảng 1.4: Tác dụng của một số chất có hoạt tính sinh học trong hạt gạo nẩy mầm

Chất xơ Làm giảm táo bón, ngăn ngừa ung thư ruột, điều chỉnh

mức đường trong máu

Inositol Thúc đẩy sự chuyển hóa mỡ, ngăn ngừa gan nhiễm

mỡ, ngăn ngừa chứng xơ cứng động mạch

Acid ferulic Loại bỏ superoxide, ngăn chặn sự hình thành hắc tố Tocotrienol Loại bỏ superoxide, bảo vệ da khỏi tia cực tím

1.3 CÁC QUÁ TRÌNH CHÍNH TRONG SẢN XUẤT SẢN PHẨM TỪ MALT

1.3.1 Quá trình hấp và sấy trong sản xuất bột dinh dưỡng

 Quá trình hấp (Gariboldi, 1974)

 Mục đích

Khi tinh bột trong nội nhũ đã hấp thu đủ lượng nước cần thiết thì hạt cần phải được gia nhiệt đến nhiệt độ cao hơn nhiệt độ hồ hóa để đảm bảo hồ hóa hoàn toàn tinh bột, làm hạt chín, mềm

 Biến đổi

- Vật lý: nhiệt độ tăng, thể tích tăng, độ cứng hạt gạo tiếp tục giảm Hạt gạo tiếp tục hấp thu nước làm tăng khối lượng của nó Hàm lượng ẩm trong hạt tăng lên đến khoảng 38% trong suốt quá trình hấp

- Hóa học: nước tấn công vào hạt tinh bột mạnh mẽ, bẻ gãy các liên kết hydro của tinh bột và làm đứt các liên kết hydrat, vỏ hạt tinh bột bị phá vỡ lúc đó tinh bột biến thành dịch hồ (quá trình hồ hóa) Khi tinh bột chín, nhiệt độ tại đó gọi là nhiệt độ hồ hóa, lúc đó tinh bột không quay lại trạng thái ban đầu nữa

- Vi sinh: nhiệt độ lên cao làm tiêu diệt một số vi sinh vật ưa lạnh, vô hoạt một số enzym

 Các yếu tố ảnh hưởng

- Nguyên liệu: Kích thước hạt tinh bột, tỷ lệ giữa amylose và amylopectin, mức độ phân nhánh và chiều dài của nhánh amylopectin Ngoài ra mức độ hồ hóa còn tuỳ vào độ ẩm của hạt gạo trước khi hồ hóa

- Nhiệt độ: Nhiệt độ hồ hóa tinh bột khoảng 60 – 100oC, nếu nhiệt độ quá cao sẽ làm cho tinh bột hòa tan hết vào trong nước tạo thành dạng keo, không có lợi cho cấu trúc sản phẩm

- Thời gian: Thời gian hồ hóa dài thì mức độ hồ hóa càng cao, tuy nhiên nếu quá dài sẽ ảnh hưởng xấu đến cấu trúc hạt, hạt dễ nứt, vỡ Trong khi đó, thời gian ngắn nhưng nhiệt độ phù hợp sẽ làm cho cấu trúc hạt gạo tốt hơn rất nhiều

- Áp suất: Áp suất càng cao, động lực cho quá trình càng lớn, nước có nhiều năng lượng hơn để xâm nhập vào bên trong hạt gạo và kết hợp với các phân tử tinh bột giúp quá trình hồ hóa càng xảy ra nhanh hơn

- Hơi bão hòa là môi trường gia nhiệt phổ biến nhất bởi vì nó không làm mất ẩm trong quá trình gia nhiệt

 Quá trình sấy

 Mục đích

Sấy là quá trình sử dụng nhiệt để tách nước ra khỏi mẫu nguyên liệu, nước được tách ra khỏi mẫu nguyên liệu theo nguyên tắc bốc hơi hoặc thăng hoa, nhằm làm giảm độ ẩm của mẫu, ức chế vi sinh vật và một số enzyme giúp kéo dài thời gian bảo quản

 Bản chất đặc trưng của quá trình sấy

Quá trình này được thực hiện do sự chênh lệch áp suất hơi nước ở môi trường xung quanh (Pxq) và trên bề mặt của sản phẩm ẩm (Psf) Để làm cho lượng ẩm trên bề mặt sản phẩm bay hơi cần có điều kiện là Psf >Pxq.

Trong quá trình sấy, càng về sau hơi nước môi trường xung quanh càng nhiều, tức

là Pxq càng tăng và độ ẩm của sản phẩm ngày càng giảm đến một lúc nào đó đạt chỉ

số cân bằng Khi đó Pxq = Psf và độ ẩm đó gọi là độ ẩm cân bằng Tại độ ẩm cân quá trình sấy ngừng lại

 Biến đổi

- Vật lí: về hình dạng, kích thước, khối lượng sẽ giảm, độ giòn tăng…

- Hóa học: xảy ra các phản ứng hóa học như phản ứng Maillard, phản ứng oxy hóa các hợp chất màu như anthocyanin…

- Sinh học: do tác dụng nhiệt và hoạt độ nước bị giảm đi các vi sinh vật cũng bị ức chế hoặc tiêu diệt trong quá trình sấy

 Các yếu tố ảnh hưởng

- Phương pháp sấy: tùy vào phương pháp sấy khác nhau mà chất lượng dinh dưỡng, cảm quan của sản phẩm là khác nhau

- Thời gian: quá dài sẽ làm sậm màu, quá ngắn thì không đảm bảo an toàn vi sinh

- Nhiệt độ: nhiệt độ quá cao sẽ làm cho hạt bị cháy, nếu quá thấp sẽ kéo dài thời gian sấy, tốn chi phí năng lượng (Trần Minh Tâm, 2004)

1.3.2 Quá trình nấu malt trong sản xuất nước uống dinh dưỡng (Nguyễn Thị

Hiền, 2007; Hoàng Đình Hòa, 2002)

Trong công nghệ sản xuất nước uống không lên men từ malt lúa thì quá trình quan trọng là quá trình nấu malt

 Mục đích

Hầu hết các hợp chất của bột malt thì không tan trong nước Nấu malt (thường gọi

là đường hóa) nhằm chuyển các chất không tan của bột nghiền sang dạng hòa tan, thực chất là quá trình thủy phân tinh bột bởi các hệ enzyme có sẵn trong malt mà chủ yếu là của hệ amylase

Mục đích của quá trình đường hóa là tạo ra được càng nhiều chất chiết và chất lượng dịch càng cao càng tốt Phần lớn chất chiết được tạo ra nhờ những phản ứng enzyme, các enzyme hoạt động mạnh tại các nhiệt độ thích hợp Bởi vậy, quá trình đường hóa được thực hiện tại những điểm nhiệt độ thích hợp cho hoạt động của các enzyme

 Biến đổi

 Sự biến đổi của tinh bột

Trong quá trình nấu, sự hoạt động của các enzyme có sẵn trong malt là rất quan trọng Để cho các enzyme này hoạt động tốt thì trong quá trình nấu, ta phải kiểm

soát các yếu tố nhiệt độ, pH thích hợp cho từng loại enzyme để chúng tiến hành thủy phân nguyên liệu một cách hiệu quả nhất

 Các biến đổi của tinh bột trong quá trình nấu dưới tác dụng của enzyme là: + Enzyme α – amylase: Hoạt động tốt nhất ở nhiệt độ 70 – 75oC, pH khoảng 5,6 – 5,8 tác động lên mạch amylose và amylopectin, cắt đứt liên kết 1,4 – glucozit của phân tử tinh bột và chuyển thành các dextrin, một lượng nhỏ glucose và maltose + Enzyme β – amylase: Hoạt động tốt ở nhiệt độ 60 – 65oC, pH khoảng 5,4 – 5,6; tác động lên mạch amylose và mạch nhánh amylopectin, cắt đứt liên kết 1,4 – glucozit theo kiểu từng đôi một và sản phẩm tạo thành là các đường maltose và một lượng nhỏ dextrin

Khi nhiệt độ lên tới 80 – 85oC thì hầu hết các enzyme ngừng hoạt động, nhiệt độ lúc này đóng vai trò hồ hóa tinh bột, hỗ trợ yếu tố công nghệ cho giai đoạn sau Khi nhiệt độ lên tới 100oC thì lúc này là lúc nấu chín hoàn toàn các hạt tinh bột

 Quá trình đường hóa tinh bột (hay quá trình thủy phân tinh bột) được diễn qua 3 giai đoạn chính theo trình tự sau:

+ Sự hồ hóa

 Khi ngâm nước nóng, một lượng nước thấm vào phân tử tinh bột làm tăng thể tích hạt, dẫn đến trương nở, cuối cùng vỡ tung Dịch tăng độ nhớt, tùy vào

độ hút nước của bột malt Quá trình phân hủy này gọi là quá trình hồ hóa

 Sau khi hồ hóa, tinh bột không còn liên kết chặt chẽ với nhau nữa, các phân

tử tinh bột được giải phóng tự do vào dung dịch nhớt, tạo thuận lợi cho các enzyme amylase trong dịch tác động trực tiếp với tinh bột giúp thủy phân tinh bột diễn ra nhanh hơn

 Nhiệt độ hồ hóa phụ thuộc vào tinh bột của loại hạt và cỡ to của hạt tinh bột, hạt càng nhỏ thì nhiệt độ hồ hóa càng cao Tinh bột gạo bị hồ hóa ở 80-

85oC, đây là nhiệt độ hồ hóa cao nhất

+ Sự dịch hóa

 Quá trình dịch hóa làm giảm độ nhớt của dịch bột đã hồ hóa Enzyme tác động dịch hóa thích hợp nhất ở nhiệt độ là 60-70oC, pH=4,6 và dễ bị phá hủy

ở nhiệt độ 80oC trong thời gian ngắn

 Trong phân tử tinh bột có chuỗi mạch dài tạo nên từ các gốc glucose (amylose và amylopectin) bị phá hủy nhanh chóng bởi α – amylase hình thành các mạch ngắn hơn, làm độ nhớt dung dịch giảm nhanh β – amylase chỉ có thể phân tách từ từ mạch tinh bột từ đầu không khử, nên sự thủy phân tinh bột nhờ enzyme này chậm

+ Sự đường hóa

Sự thủy phân tinh bột diễn ra ở giai đoạn đường hóa chủ yếu là:

 α – amylase: phân cắt các mạch dài thành dextrin ngắn hơn; hoạt động tốt nhất ở nhiệt độ 70 – 75oC và pH khoảng 5,6 – 5,8; bị vô hoạt nhanh ở 80oC

 β – amylase: tạo ra maltose từ đầu không khử của mạch, nó cũng tạo ra glucose và maltotriose, hoạt động tốt ở nhiệt độ 60-65oC và pH khoảng 5,4-5,6 Rất nhạy với nhiệt độ cao hơn và mất hoạt tính ở 70oC

Sự thủy phân tinh bột cần được theo dõi và kiểm tra liên tục, do nếu tinh bột và các dextrin mạch dài thủy phân hết sẽ gây đục dịch Thời gian thủy phân các phân tử tinh bột cho đến khi không còn phân tử tinh bột và dextrin mạch dài gọi là thời gian đường hóa Để xác định sự kết thúc của quá trình này, người ta sử dụng phương pháp thử iod

 Những yếu tố ảnh hưởng trong biến đổi của tinh bột:

+ Ảnh hưởng của nhiệt độ:

 Ở 62-63oC (nhiệt độ tối ưu của β – amylase) thu được nhiều maltose nhất, nếu vượt quá nhiệt độ này tới 72- 75o

C (nhiệt độ tối ưu của α – amylase) trong thời gian dài thì dịch có nhiều dextrin