Nghiên cứu công nghệ sản xuất bột gạo mầm và dự đoán hạn sử dụng

Tính chất hóa học của gạo lứt ❖ Khả năng trương nở và hồ hóa của tinh bột: Khi ngâm hạt tinh bột trong nước ở điều kiện nhiệt độ thường, người ta nhận thấy có sự tăng thể tích của tinh b

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ TP HCM

Giảng viên hướng dẫn: ThS NGUYỄN THỊ NGỌC YẾN

Sinh viên thực hiện: NGUYỄN VĂN TÍN MSSV: 1151100314 LỚP: 11DTP04

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan Đồ án tốt nghiệp này là kết quả nghiên cứu thực sự của tôi dưới sự hướng dẫn của cô Th.s Nguyễn Thị Ngọc Yến thuộc khoa Công nghệ sinh học-Thực phẩm-Môi Trường, Trường đại học Công nghệ Tp.HCM

Các số liệu của đồ án được trình bày trung thực, mọi sao chép không hợp lệ, vi phạm quy chế đào tạo hay gian trá, tôi xin chịu hoàn toàn trách nhiệm

TP Hồ Chí Minh, ngày 15 tháng 08 năm 2015

LỜI CẢM ƠN

Tôi xin chân thành cảm ơn Lãnh đạo khoa cùng toàn thể thầy cô trong khoa Công Nghệ Sinh Học - Thực Phẩm - Môi Trường đã tạo điều kiện cho tôi học tập và tận tình giảng dạy, truyền đạt những kiến thức trong suốt thời gian học tập tại trường

Tôi cũng rất chân thành cảm ơn các Thầy Cô và Anh Chị quản lý phòng thí nghiệm đã tạo mọi điều kiện giúp đỡ tôi trong suốt quá trình thực hiện đồ

án tốt nghiệp

Và đặc biệt tôi xin gửi lời cảm ơn sâu sắc đến giáo viên hướng dẫn tôi cô Nguyễn Thị Ngọc Yến đã tận tình hướng dẫn, truyền đạt những kiến thức quý báu và động viên, giúp đỡ em trong suốt thời gian thực hiện đề tài

Bên cạnh đó tôi cũng gửi lời cảm ơn đến các bạn bè, sinh viên trong trường và gia đình đã động viên, chia sẽ, giúp đỡ tôi rất nhiều trong thời gian thực hiện đề tài

Cuối cùng tôi xin gửi lời chúc tốt đẹp nhất đến quý thầy cô cùng các bạn bè và gia đình!

TP Hồ Chí Minh, ngày 15 tháng 08 năm 2015

MỤC LỤC

MỞ ĐẦU

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN

1.1 TỔNG QUAN VỀ GẠO LỨT 2

1.1.1 Cấu tạo của gạo lứt 2

1.1.1.1 Khái niệm về gạo lứt: 2

1.1.1.2 Cấu tạo của hạt gạo lứt 2

1.1.2 Thành phần, tính chất hóa học và dinh dưỡng của gạo lứt 3

1.1.2.1 Thành phần hóa học, dinh dưỡng của gạo lứt 3

1.1.2.2 Tính chất hóa học của gạo lứt 6

1.1.3 Quá trình phát triển tạo mầm của gạo lứt 7

1.1.4 Thành phần hóa học và dinh dưỡng của gạo mầm 8

1.2 CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN HẠN SỬ DỤNG BỘT GẠO MẦM 8

1.2.1 Các yếu tố ảnh hưởng 8

1.2.2 Quá trình ôi của bột gạo mầm 9

1.2.2.1 Ôi hóa sinh học 10

1.2.2.2 Ôi hóa hóa học 11

1.3 CÁCH XÁC ĐỊNH TUỔI THỌ CỦA BỘT GẠO MẦM 13

1.3.1 Phương pháp trực tiếp 14

1.3.2 Phương pháp gián tiếp: tăng tốc thời gian sử dụng (ASLT) 14

CHƯƠNG 2 NGUYÊN LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 2.1 NGUYÊN LIỆU 18

2.2 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 18

2.2.1 Sơ đồ sản xuất dự kiến 19

2.2.1.1 Ngâm 20

2.2.1.2 Làm ráo 20

2.2.1.3 Rang 21

2.2.1.4 Nghiền 22

2.2.2 Sơ đồ nghiên cứu 23

2.2.3 Bố trí thí nghiệm 24

2.2.3.1 Khảo sát thời gian ngâm gạo mầm 24

2.2.3.2 Khảo sát quá trình rang gạo mầm 25

2.2.3.3 Khảo sát tỉ lệ pha bột gạo mầm 28

2.2.3.4 Khảo sát nhiệt độ nước pha bột gạo mầm 30

2.2.3.5 Dự đoán hạn sử dụng của bột gạo mầm 31

2.3 CÁC PHƯƠNG PHÁP PHÂN TÍCH SỬ DỤNG TRONG NGHIÊN CỨU 34

2.3.1 Phân tích đánh giá cảm quan 34

2.3.2 Phương pháp đánh giá hóa lý 35

2.3.2.1 Phương pháp xác định độ ẩm 35

2.3.2.2 Phương pháp xác định chỉ số Peroxyt 36

2.4 PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ SỐ LIỆU 37

CHƯƠNG 3 KẾT QUẢ VÀ BÀN LUẬN 3.1 KẾT QUẢ KHẢO SÁT THÔNG SỐ QUÁ TRÌNH TRONG QUY TRÌNH SẢN XUẤT 38

3.1.1 Kết quả khảo sát thời gian ngâm gạo mầm 38

3.1.2 Kết quả khảo sát nhiệt độ và thời gian rang gạo mầm 39

3.1.3 Kết quả khảo sát tỷ lệ pha bột gạo mầm 42

3.1.4 Kết quả khảo sát nhiệt độ nước pha bột gạo mầm 44

3.2 KẾT QUẢ DỰ ĐOÁN HẠN SỬ DỤNG CỦA SẢN PHẨM 46

3.2.1 Kết quả đo màu 46

3.2.2 Kết quả đo chỉ số peroxyt 48

3.3 KẾT QUẢ ĐÁNH GIÁ CHỈ TIÊU CHẤT LƯỢNG SẢN PHẨM 51

3.3.1 Kết quả đánh giá chỉ tiêu cảm quan 51

3.3.2 Kết quả đánh giá chỉ tiêu hóa lý 52

3.3.3 Kết quả đánh giá chỉ tiêu vi sinh 53

CHƯƠNG 4 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 4.1 KẾT LUẬN 54

4.2 KIẾN NGHỊ 56

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CHỮ VIẾT TẮT

ASLT Tăng tốc thời gian sử dụng TCVN Tiêu chuẩn việt nam

DANH MỤC BẢNG

Bảng 1.1 Tỷ lệ giữa các nhóm Protein trong từng thành phần hạt gạo 4

Bảng 1.2 Thành phần lipid trong gạo 5

Bảng 1.3 Thành phần tro trong hạt gạo 5

Bảng 1.4 So sánh thành phần gạo lứt và gạo trắng 6

Bảng 2.1 Thông số tham chiếu giá trị ΔE*: 34

Bảng 3.1 Kết quả ảnh hưởng của thời gian ngâm đến độ ẩm của hạt 38

Bảng 3.2 Ảnh hưởng của thời gian và nhiệt độ đến % độ nở hoa 39

Bảng 3.3 Kết quả đánh giá trạng thái cảm quan tỷ lệ pha bột 42

Bảng 3.4 Kết quả đánh giá cảm quan nhiệt độ nước pha 44

Bảng 3.5 Kết quả đo màu 46

Bảng 3.6 Kết quả xác định chỉ số peroxyt 48

Bảng 3.7 Kết quả đánh giá chỉ tiêu cảm quan 51

Bảng 3.8 Kết quả chỉ tiêu hóa lý trong 100g của bột gạo mầm 52

DANH MỤC HÌNH

Hình 1.1 ảnh hưởng của hoạt độ nước 9

Hình 1.2 Tủ sấy gia tốc 16

Hình 2.1 Sơ đồ quy trình thí nghiệm sản xuất bột gạo mầm 19

Hình 2.2 Sơ đồ nghiên cứu 23

Hình 2.3 Sơ đồ bố trí khảo sát thời gian ngâm gạo mầm 24

Hình 2.4 Sơ đồ bố trí khảo sát thời quá trình rang gạo mầm 26

Hình 2.5 Sơ đồ bố trí khảo sát tỉ lệ pha bột gạo mầm 29

Hình 2.6 Sơ đồ bố trí khảo sát nhiệt độ nước pha bột gạo mầm 31

Hình 2.7 Sơ đồ bố trí dự đoán hạn sử dụng bột gạo mầm 32

Hình 2.8 Phiếu đánh giá cảm quan bột gạo mầm 35

Hình 3.1 Hạt gạo nở hoa sau khi rang ở các nhiệt độ: a)nhiệt độ 240°C; b) nhiệt độ 210°C; c) nhiệt độ 180°C; d) nhiệt độ 160°C 40

Hình 3.2 a)Hạt gạo không nở hoa, b)Hạt gạo nở hoa nhưng bị khét 40

Hình 3.3 Trạng thái của bột gạo 43

Hình 3.4 a) Bột gạo lứt đỏ Quy nguyên; b) Bột gạo lứt đỏ Thiên Ưng 50

Hình 4.1 Sơ đồ quy trình sản xuất bột gạo mầm 55

Để giảm cân, giảm cholesterol xấu trong máu nhiều người đã chọn gạo lứt làm lương thực chính thay cho gạo trắng

Ngày nay, khi đời sống ngày càng được nâng cao, trình độ nhận thức tăng lên, ý thức về việc bảo vệ sức khỏe cũng nâng cao, vì vậy con người yêu cầu cao hơn về chất lượng thực phẩm Xu hướng sử dụng thực phẩm sạch, an toàn gia tăng, bên cạnh đó là các sản phẩm thực phẩm chức năng, phòng bệnh và chữa bệnh cũng hết sức được quan tâm, trong đó gạo mầm là một sản phẩm đã được công nhận hữu ích trong việc phòng và trị bệnh Tuy nhiên, trên thị trường hiện nay, sản phẩm chế biến

từ gạo mầm vẫn còn rất hạn chế về chủng loại, mẫu mã, tính hấp dẫn chưa cao nên vẫn ít dược sử dụng

Xuất phát từ những phân tích trên, đề tài nghiên cứu sản xuất bột gạo lứt mầm

là hoàn toàn hợp lý, có ý nghĩa khoa học, thực tiễn và kinh tế

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN

1.1 TỔNG QUAN VỀ GẠO LỨT

1.1.1 Cấu tạo của gạo lứt

1.1.1.1 Khái niệm về gạo lứt:

Gạo lứt là loại gạo đã xay bỏ vỏ trấu, chưa được xát bỏ lớp cám gạo Đây là loại gạo rất giàu dinh dưỡng đặc biệt là các sinh tố và nguyên tố vi lượng

1.1.1.2 Cấu tạo của hạt gạo lứt

Cấu tạo hạt thóc bao gồm vỏ, phôi và nội nhũ Bảo vệ bên ngoài là lớp vỏ trấu, bên trong là các lớp vỏ quả, vỏ ngoài của vỏ hạt, vỏ trong của vỏ hạt và lớp aleurone Phôi là sự sống của hạt, phôi gồm chồi mầm, rể mầm và lá mầm.[1]

Vỏ gồm vỏ quả và vỏ hạt:

Vỏ quả được cấu tạo gồm một vài lớp tế bào 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: là các tế bào dài hướng ngang hạt Lớp vỏ quả trong: là các tế bào hình ống hướng dọc hạt Thành phần: cellulose, pentosan, pectin và khoáng [5]

Vỏ hạt: Phía trong vỏ quả là vỏ hạt Cấu tạo: Lớp bên ngoài gồm các tế bào hình chữ nhật, xếp sít nhau, chứa các chất màu như anthocyanins, flavonoid, carotenoid Lớp bên trong gồm các tế bào có kích thước không đồng đều, xốp, ít thấm nước nên dễ dàng cho ẩm đi qua Thành phần: chứa ít cellulose, nhiều protid

và lipid hơn vỏ quả [4]

Lớp aleurone: bên trong lớp vỏ là lớp aleurone được cấu tạo từ 1 hàng tế bào lớn, thành dày hình khối chữ nhật hay vuông có kích thước nhỏ dần về phía phôi, nằm ngay dưới lớp cutin, bao bọc nội nhũ và phôi Khi xay xát, lớp aleurone thường

bị vỡ vụn, phôi sẽ bong ra khỏi nội nhũ, rơi vào cám Chiếm 6-12% khối lượng hạt Sau lớp aleurone là các tế bào lớn thành mỏng có hình dạng khác nhau không theo thứ tự, đó là các tế bào nội nhủ Lớp aleurone cấu tạo chủ yếu là protid (35-45%),

lipid (8- 9%), vitamin và tro (11-14%), đường (6-8%), cellulose (7- 10%), pentosane (15-17%) [1]

Nội nhũ: là phần dự trữ chất dinh dưỡng của hạt, thành phần chủ yếu của nội nhũ là tinh bột và protid Các tế bào nội nhũ khá lớn, thành mỏng, có hình dạng khác nhau tùy loại ngũ cốc

Tùy theo giống, điều kiện sinh trưởng mà nội nhũ có thể trong, đục hoặc vừa trong vừa đục Nội nhũ có độ trong càng cao thì thành phẩm thu được sau quá trình xay xát cũng cao Thành phần: tinh bột và protid (chủ yếu), ngoài ra còn chứa một lượng nhỏ lipid, muối khoáng, cellulose, dextrin, đường [4]

Phôi: là bộ phận chứa nhiều chất dinh dưỡng có giá trị cao, là phần phát triển thành cây con khi hạt nảy mầm Phôi cách nội nhũ bởi 1 lớp ngù Lớp ngù được cấu tạo từ những tế bào dễ thẩm thấu các chất hòa tan, chứa các enzyme Thành phần: protid, glucid hòa tan, khá nhiều lipid, khoáng, cellulose và các vitamin.[1]

Phôi thuộc loại đơn tử diệp, nằm ở góc dưới của quả Phôi là thành phần giàu dinh dưỡng nhất của quả lúa, là bộ phận có cấu tạo xốp gồm các tế bào có kích thước lớn với thành tế bào mỏng Hơn 70% ẩm mà hạt có thể trao đổi với môi trường bên ngoài được vận chuyển qua phôi mầm.[1]

1.1.2 Thành phần, tính chất hóa học và dinh dưỡng của gạo lứt

1.1.2.1 Thành phần hóa học, dinh dưỡng của gạo lứt

❖ Nước:

Nước là một chỉ số quan trọng, lượng nước ở trong hạt có 2 dạng: nước liên kết và nước tự do Lượng nước tự do trong thóc gạo tính bằng phần trăm gọi là thủy phần của thóc gạo Thóc gạo càng chín thủy phần càng giảm dần Giai đoạn bắt đầu chín thủy phần khoảng 65-70%, nhưng sang giai đoạn lúa chín hoàn toàn thủy phần giảm xuống chỉ còn 16-21% Thủy phần của thóc có liên quan chặt chẽ và ảnh hưởng trực tiếp đến sự thay đổi về chất lượng của thóc gạo trong quá trình bảo quản [1]

❖ Glucid

Glucid hay còn gọi là Saccharid Glucid là thành phần chủ yếu và chiếm tỷ lệ cao nhất trong thành phần hạt thóc gạo Glucid của hạt gạo lứt gồm các monosaccharid (Glucid, Fructose) và disaccharid (saccarose) Các chất đường thường tập trung ở nội nhũ Ngoài ra glucid còn có polysaccharid như tinh bột, cellulose và hemicellulose

và vùng trung tâm Có 3 dạng protein gắn trên màng thuộc vùng cận aleuron nhưng chỉ có một dạng protein gắn ở vùng trung tâm Protein vùng cận aleuron có hình cầu cực bé có kích thước khoảng 0.5-0.75µm bị phân giải bởi pepsin và pronase Vùng trung tâm là những hạt tinh bột hình đa giác, hạt tinh bột có cấu trúc lớp, trong mỗi lớp các phân tử amylose và amylopectin xen kẽ với nhau hướng về tâm

❖ Protid

Protid chiếm hàm lượng không cao khoảng 6-12% nhưng chứa đấy đủ các acid amin cần thiết, không thay thế Thành phần protein của gạo lứt còn chứa đầy đủ 20 loại amino acid khác Protid chủ yếu được chứa trong phôi, lớp aleuron, trong nội nhũ protid chủ yếu tồn tại ở dạng dự trữ Protid gồm 4 nhóm nhưng chủ yếu là nhóm glutelin chiếm khoảng 75-85% còn lại là nhóm albumin, globulin, prolamin

Bảng 1.1 Tỷ lệ giữa các nhóm Protein trong từng thành phần hạt gạo

Lipid: hàm lượng nhỏ và chủ yếu tập trung ở lớp cám, aleuron, phôi Hàm lượng khoảng 2% tồn tại ở dạng acid béo không no bao gồm acid oleic, acid linoleic, acid panmitid và lượng nhỏ các acid béo khác như stearic, linostearic…Trong thành phần chất béo còn lượng nhỏ phosphor

Bảng 1.2 Thành phần lipid trong gạo

Chất khoáng, tro và vitamin: các chất khoáng tập trung chủ yếu ở vỏ trấu, hạt,

phôi Chất khoáng nhiều nhất trong vỏ trấu là silic, trong phôi hạt là phopho, kali, Magie, lượng phospho trong hạt chủ yếu tồn tại ở dạng phitin (83%) và acid nucleic (13%)

Bảng 1.3 Thành phần tro trong hạt gạo

Vitamin: chủ yếu là các vitamin tan trong nước, vitamin tan trong dầu không

đáng kể Trong nhóm vitamin tan trong nước vitamin B1 chiếm nhiều nhất, kế đến

là vitamin B2, B6, PP, B12 và vitamin H Phần lớn vitamin tập trung ở vỏ hạt, lớp aleuron, phôi Phần nội nhũ chứa rất ít vitamin

Enzyme: Hầu hết tất cả các quá trình sinh hóa xảy ra trong tế bào sống kể cả

hạt đều do enzyme xúc tác tiến hành Vì vậy enzyme đóng vai trò vô cùng quan trọng Có nhiều loại enzyme như: amylase, lipase, protease, oxydase, peroxydase…Tùy thuộc vào nhiệt độ và pH của môi trường mà cường độ xúc tác

1.1.2.2 Tính chất hóa học của gạo lứt

❖ Khả năng trương nở và hồ hóa của tinh bột:

Khi ngâm hạt tinh bột trong nước ở điều kiện nhiệt độ thường, người ta nhận thấy có sự tăng thể tích của tinh bột Sự tăng này gây nên sự hấp thụ nước vào trong hạt tinh bột, làm hạt tinh bột trương phồng lên Hiện tượng tăng thể tích như vậy gọi

là hiện tượng trương nở của hạt tinh bột [5]

Ở điều kiện nhiệt độ và độ ẩm không khí bình thường, phần lớn tinh bột tồn tại dạng monohydrate n(C6H10O5H2O), trong đó phân tử nước liên kết với nhóm OH sơ cấp của mỗi gốc glucose Khi trong điều kiện bão hòa (ngâm trong nước) do kích thước nhỏ bé các phân tử nước dễ dàng tấn công đến cả nhóm OH thứ cấp kém hoạt động hơn tạo nên dạng tinh bột trihydrat n(C6H10O5.3H2O) Lúc này do sự hiện diện của các phân tử nước nên kích thước hạt tinh bột tăng lên

Tùy thuộc vào cấu trúc của các loại tinh bột khác nhau mà khả năng trương nở trong điều kiện bão hòa sẽ mạnh hay yếu hơn Thông thường tinh bột giàu amylopectin sẽ trương nở mạnh hơn do liên kết hydro trong nội nhũ phân tử kém bền hơn [2]

Ở nhiệt độ trên 55°C tinh bột sẽ trương phồng lên do hấp thụ nước vào các nhóm hydroxyl phân cực Khi đó độ nhớt của dung dịch tăng mạnh Kéo dài thời gian xử lý nhiệt, có thể gây nổ vở hạt tinh bột, thủy phân từng phần và hòa tan phần nào các phần tử cấu thành tinh bột, kèm theo sự giảm độ nhớt của dung dịch [6]

1.1.3 Quá trình phát triển tạo mầm của gạo lứt

Hạt gạo trong khi bảo quản vẫn còn chứa một lượng nước nhất định từ 12-14% trọng lượng khô Khi ngâm trong nước, hạt hút nước và trương lên, độ ẩm trong hạt gia tăng đến 25% thì có thể nẩy mầm được Khi ấy tinh bột trong phôi nhũ bị phân giải thành những chất đơn giản để cung cấp cho mầm phát triển Thời gian hút nước nhanh hay chậm tùy theo hạt giống cũ hay mới, vỏ trấu mỏng hay dầy, nhiệt độ nước ngâm cao hay thấp Nói chung, nhiệt độ không khí cao, nước ấm, hạt giống cũ hay vỏ hạt mỏng dễ thấm nước thì hạt hút nước nhanh, mau đạt tới ẩm độ cần thiết [11]

Ngâm quá lâu, hạt hút nhiều nước, các chất dinh dưỡng hòa tan và khuếch tán

ra ngoài môi trường làm tiêu hao chất dự trữ trong phôi nhũ, đồng thời làm cho nước ngâm bị chua, hạt bị thối và nẩy mầm yếu Hàm lượng nước trong hạt thích hợp cho quá trình nẩy mầm biến thiên từ 30-40% tùy điều kiện nhiệt độ Nhiệt độ thích hợp cho hạt gạo nẩy mầm từ 27-37°C Nhiệt độ thấp hoặc cao hơn khoảng nhiệt độ này, hạt gạo sẽ nẩy mầm yếu và thời gian nẩy mầm kéo dài Trong điều kiện nhiệt độ và ẩm độ thích hợp thì mầm gạo sẽ phát triển xuyên qua vỏ trấu và xuất hiện ra ngoài: hạt nẩy mầm (germination) So với nhiều hạt giống khác thì hạt gạo nẩy mầm cần ít oxy hơn Trong điều kiện bình thường, sau khi mầm hạt phá vở

vỏ trấu thì rễ mầm sẽ mọc ra trước, rồi mới đến thân mầm Tuy nhiên, nếu bị ngập nước (môi trường yếm khí) thì thân mầm sẽ phát triển trước Khi lá đầu tiên xuất hiện, thì các rễ thứ cấp sẽ bắt đầu xuất hiện để giúp cây lúa bám chặt vào đất, hút nước và dinh dưỡng [9]

1.1.4 Thành phần hóa học và dinh dưỡng của gạo 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 vào cuối năm 2000 vừa qua “Mầm gạo lứt chứa nhiều chất xơ, vitamin và chất khoáng hơn là gạo lứt chưa ngâm nước” Kayahara viết trong tờ trình Gạo lứt đã ngâm nước chứa gấp ba lần chất lysine, một loại amino acid cần thiết cho sự tăng trưởng và bảo trì các mô tế bào cơ thể con người, và chứa mười lần nhiều hơn chất gamma-aminobutyric acid, một chất acid tốt bảo vệ bộ phận thận (kidneys)

Các nhà khoa học cũng tìm thấy trong mầm gạo lứt có chứa một loại enzyme,

có tác dụng ngăn chặn prolylendopeptidase và điều hòa các hoạt động ở trung ương não bộ Gạo lứt nẩy mầm không những chỉ 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, tiến sĩ Kayahara nói thêm 1.2 CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN HẠN SỬ DỤNG BỘT GẠO MẦM

1.2.1 Các yếu tố ảnh hưởng

Có nhiều yếu tố ảnh hưởng đến thời gian sử dụng và được phân loại gồm các yếu tố bên trong và các yếu tố bên ngoài Các yếu tố bên trong là các thuộc tính của sản phẩm [13] Chúng bao gồm những điều sau đây:

- Hoạt độ nước: tỉ lệ với khả năng phát triển của vi sinh vật, hoạt tính enzyme oxi hóa Hoạt độ nước càng cao thì sản phẩm càng nhanh hư hỏng

Hình 1.1 ảnh hưởng của hoạt độ nước

- Năng lượng eh: năng lượng của chính bản thân sản phẩm, cung cấp năng lượng cho các phản ứng hóa sinh, năng lượng càng cao thì sản phẩm càng nhanh hư hỏng

- Oxy: liên quan đến vi sinh vật hiếu khí và tham gia vào quá trình oxy hóa (chất béo, vitamin ) rút ngắn hạn sử dụng

- Số lượng vi sinh vật: sinh độc tố, tạo mùi ảnh hưởng đến chất lượng và an toàn của sản phẩm

- Nhiệt độ, độ ẩm khi bảo quản: ảnh hưởng trực tiếp đến sự phát triển của vi sinh vật, quá trình oxy hóa

1.2.2 Quá trình ôi của bột gạo mầm

Lipid trong gạo chưa xay xát (thóc) tương đối ổn định vì các enzym lipolytic trong hạt thóc còn nguyên vẹn nằm chủ yếu trong tế bào ngang của vỏ hạt (tegmen), trong khi hầu hết lipid được lưu trữ trong các lớp aleurone và mầm Trong quá trình xát làm phá vỡ và enzyme lipase tiếp xúc với chất béo gây thủy phân các chất béo tạo axit béo tự do và glycerol [12]

Sự suy thoái của cám gạo bởi lipase và lipoxygenase bị ảnh hưởng bởi nhiệt độ bảo quản và điều kiện đóng gói Ôi do oxy hóa bởi lipoxygenase sẽ tăng lên theo tỷ

lệ nồng độ oxy khi lưu trữ sản phẩm thời gian dài

Quá trình oxy hóa chất béo là một quá trình phức tạp do enzym và các yếu tố lý hóa khác xúc tác gây ra Đó là ánh sáng, nhiệt độ, độ ẩm, oxy trong không khí, kim loại Lipid khi bị oxy hóa có mùi ôi do hình thành một số chất như peroxyt, aldehyt, xeton… rồi sau cùng hình thành acid Thường người ta phân biệt 2 loại: ôi hóa hóa học và ôi hóa sinh học

1.2.2.1 Ôi hóa sinh học

Ôi hóa sinh học là do sự ôi hóa do enzym lipoxygenase Kiểu ôi hóa này thường đặc trưng đối với lipid có chứa axit béo no với phân tử lượng trung bình hoặc nhỏ

và khi có hàm ẩm đáng kể Khi đó axit béo bị β-oxy hóa và cacboxyl hóa, kết quả là tích tụ các alkylmetylxeton có mùi khó chịu Khi lipid bị ôi hóa, thường làm vitamin bị mất hoạt tính Vì khi đó các axit béo không no cao phân tử cũng như các vitamin đều bị phá hủy bởi các chất được tạo ra do oxy hóa trong lipid Các sản phẩm oxy hóa của lipid thường làm vô hoạt enzim và đặc biệt làm giảm hoạt độ của suxioxydase, xitocromoxydase và colinoxydase Sản phẩm oxy hóa còn có khả năng phản ứng với protein Hợp chất tạo thành này bền vững, không hòa tan trong nước cũng như dung môi hữu cơ và cũng không bị phân ly bởi enzym Trong quá trình chế biến cũng như bảo quản lipid có thể bị oxy hóa dưới tác dụng của enzym lipoxydase (qua chu trình β-oxy hóa) để tạo ra những sản phẩm khác nhau Lipoxydase hay lipoxygenase là enzym oxy hóa khử xúc tác sự oxy hóa các axit béo không no chứa 2-3 nối đôi (hoặc nhiều hơn) như axit linoleic, linolenic Lipoxygenase chỉ oxy hóa dạng cis - cis còn dạng cis - trans hay trans – trans thì hoàn toàn không tác dụng [20]

Lipase và lipoxygenase enzyme thường được kích hoạt khi mô bị phá vỡ hoặc

bị thương việc đó làm xuất hiện các axit béo (lipolytic enzymes), Williams et al (1986) báo cáo rằng lipoxygenase là nguyên nhân chính của thay đổi hương vị trong

đậu xanh Lipoxygenase chịu trách nhiệm về thay đổi mùi Lipoxygenase đậu xanh thì chịu nhiệt tốt hơn peroxidase ở 60°C trong 10 phút Vì vậy, xử lý nhiệt (50°C, 60°C, hoặc 70°C trong 10 phút) đủ để làm bất hoạt peroxidase nhưng không đủ để làm bất hoạt lipoxygenase

1.2.2.2 Ôi hóa hóa học

Quá trình ôi hóa hóa học là phản ứng chuỗi nên thường có 3 thời kỳ sau [12]:

ROOH → RO* + *OH (2.8)

2ROOH → RO*2 + H2O + RO* (2.9)

ROOH + RH → RO* + H2O + R* (2.10)

Việc cắt đứt liên kết O-O để tạo thành 2 gốc tự do theo phản ứng (2.8) sẽ thuận lợi khi nồng độ hydro peroxyt lớn Việc tạo nên dime (do liên kết hydro) sẽ làm yếu liên kết O-H và O-O, do đó làm giảm bớt năng lượng phân giải dime thành các gốc Hydro peroxyt có thể phân giải theo phản ứng (2.10) đòi hỏi năng lượng hoạt hóa bé hơn phản ứng đơn phân (2.8)

Các gốc peroxyt cũng có thể đứt nguyên tử H- đặt biệt ở vị trí β do quá trình nội phân và cũng có thể kết hợp với nối đôi olefin Vì vậy việc chuyển hóa các gốc peroxyt sẽ tạo nên không những hydro peroxyt mà cả peroxyt polime, peroxyt vòng, oxyt, aldehyt và các sản phẩm khác

Do quá trình phát triển của chuỗi phản ứng oxy hóa với các phản ứng phân mạch (2.8), (2.9), (2.10) nên tích tụ gốc alcocxyl RO*, peroxyt RO*2 và hydroxyl

*OH Từ gốc alcoxyl có thể tạo nên những sản phẩm thứ cấp như rượu, xeton, aldehyt,…

- Kết thúc

Việc đứt mạch, nghĩa là mất các gốc tự do xảy ra chủ yếu do kết quả tương tác của các gốc theo cơ chế lưỡng phân:

1.3 CÁCH XÁC ĐỊNH TUỔI THỌ CỦA BỘT GẠO MẦM

Để xác định hạn sử dụng người ta dựa vào các yếu tố sau:

- Vi sinh vật: sản phẩm còn hạn sử dụng phải có hàm lượng vi sinh vật sao cho đảm bảo sức khỏe cho người tiêu dùng, chúng có số lượng ở mức cho phép, thông thường người ta sẽ quan tâm đến các vi sinh vật sinh độc tố

- Cảm quan: sản phẩm còn hạn sử dụng phải có cấu trúc, mùi vị, màu sắc…

ở mức độ cho phép phù hợp với yêu cầu của từng sản phẩm như: không tách lớp, không hóa nâu, sậm màu…

- Dinh dưỡng: một số loại sản phẩm có vai trò cung cấp chất dinh dưỡng đặc biệt như vitamin thì hàm lượng của chúng sẽ được theo dõi để đánh giá hạn sử dụng [16]

Các dự báo hạn sử dụng cho các sản phẩm thực phẩm được dựa trên việc áp dụng các nguyên tắc của nhiệt động học phản ứng hóa học Tốc độ phản ứng phụ thuộc vào thành phần sản phẩm cũng như các yếu tố môi trường, như là: nhiệt độ, độ ẩm, không khí, vv … Labuza đã chỉ ra sự giảm chất lượng theo phương trình [17]: dQ/dt = k(Q)a

Trong đó:

DQ / dt: là sự thay đổi trong các yếu tố chất lượng đo lường

1.3.2 Phương pháp gián tiếp: tăng tốc thời gian sử dụng (ASLT)

Nguyên tắc cơ bản tăng tốc thời gian sử dụng (ASLT) được áp dụng cho bất kỳ quá trình suy giảm mà có một mô hình động học hợp lệ Quá trình đó có thể là hóa học, vật lý, sinh hóa hay vi sinh vật Các nguyên tắc của ASLT sẽ giống nhau trong tất cả các trường hợp Tuy nhiên, hầu hết các nghiên cứu về ASLT đã được thực hiện trên tính chất hóa lý của các loại thực phẩm [13]

Phương pháp này là ta nâng nhiệt cao hơn nhiệt độ bảo quản sản phẩm nhằm rút ngắn thời gian phá hủy sản phẩm, tăng vận tốc phản ứng phá hủy để xác định hạn

sử dụng tại nhiệt độ cao này sau đó ta sẽ suy về hạn sử dụng tại nhiệt độ bảo quản sản phẩm với thời gian dài hơn bằng phương pháp dựng đường chuẩn

Hầu hết phương pháp thường được sử dụng trong ASLT được dựa trên một yếu

tố duy nhất là đẩy nhanh quá trình suy thoái bằng việc thay đổi nhiệt độ Mô hình Arrhenius chỉ ra sự liên quan giữa tỷ lệ của một phản ứng hóa lý với những thay đổi

về nhiệt độ [17] Từ đó để xác định hạn sử dụng người ta sử dụng công thức Arrhenius

K=Ko.e-Ea/RT

Trong đó:

K: tốc độ phản ứng phân hủy

Hay : Log(ts1)-Log(ts2) = ( Ea/2,3R)*(1/ T1)- ( Ea/2,3R)*(1/ T2)

Đặt Log(ts)=y; Ea/2,3R=k; 1/T=x

Suy ra: y=kx+b

Tiến hành xác định ts tại các điều kiện nhiệt độ cao khác nhau với chỉ tiêu xác định (oxy hóa chất béo) và xây dựng đường chuẩn, với hệ số tương quan r2>0.99

sử dụng một tỷ lệ giữa giá trị của phản ứng khi nhiệt độ thay đổi bằng bất kỳ giá trị tùy ý (n) Các giá trị thường được sử dụng nhất là 10°C và do đó tỷ lệ giữa các tỷ lệ phản ứng được biết đến như Q10 Sự đơn giản hóa của việc sử dụng Q10 đã làm cho

nó là một phương pháp rất phổ biến cho việc ước tính thời gian sử dụng Do đó phương pháp này còn được gọi là phương pháp Q (phương pháp gia tốc nhiệt) [15,17]

Phương pháp Q: Đó là một trong những cách để xác định nhanh hạn sử dụng

thông qua việc đẩy nhanh tốc độ thoái hóa sản phẩm Việc đẩy nhanh tốc độ thái hóa sản phẩm bằng phương pháp gia tốc nhiệt Phương pháp Q cho rằng chất lượng sản phẩm suy thoái theo một hằng số Qn khi nhiệt độ thay đổi một số nhất định Với bước thay đổi nhiệt độ thường là 10°C, Qn đôi khi được gọi là Q10 Với giá trị Q10

đã biết, hạn sử dụng có thể được tính bằng công thức: [15]

ts = to .(Q10)n

Trong đó:

ts: hạn sử dụng ở điều kiện lưu trữ bình thường

to: hạn sử dụng ở điều kiện gia tốc nhiệt

n: nhiệt độ gia tốc nhiệt (°C) trừ đi nhiệt độ lưu trữ bình thường (°C) chia cho 10°C

Hình 1.2 Tủ sấy gia tốc

Tăng nhiệt độ nói chung là làm tăng tốc độ phản ứng hóa học có thể dẫn đến suy thoái Trong các loại thực phẩm có chứa chất béo, chất béo rắn hơn sẽ trở thành chất lỏng và hành động như một dung môi cho các phản ứng trong pha dầu và những thay đổi trong tinh thể chất béo xảy ra

Sản phẩm có thể có nhiều giá trị Q10 do có nhiều kiểu thoái hóa khác nhau Có thể xác định tương đối giá trị của Q10 bằng cách lưu trữ sản phẩm ở các nhiệt độ

cách nhau 10°C, sau đó xác định hạn sử dụng của sản phẩm ở các nhiệt độ đó Mỗi

lần tăng nhiệt độ 10°C, sản phẩm sẽ giảm hạn sử dụng tương ứng là Q10 lần

CHƯƠNG 2 NGUYÊN LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

2.1 NGUYÊN LIỆU

Gạo lứt mầm hạt tròn Gia lai, đây là một trong loại gạo có giá trị dinh dưỡng cao được trồng trên đất feraric vì vậy có nhiều sắc tố hơn so với hạt gạo trồng nơi khác

2.2 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

Khảo sát và xác định thông số các công đoạn của quy trình công nghệ:

- Khảo sát thời gian ngâm gạo mầm

- Khảo sát nhiệt độ và thời gian rang gạo mầm

- Khảo sát tỷ lệ pha bột gạo mầm

- Khảo sát nhiệt độ nước pha bột gạo mầm

- Dự đoán hạn sử dụng của bột gạo mầm

- Đánh giá cảm quan chất lượng của bột gạo mầm

- Xác định một số chỉ tiêu hóa lý và vi sinh của bột gạo mầm

2.2.1 Sơ đồ sản xuất dự kiến

Quy trình sản xuất dự kiến

Hình 2.1 Sơ đồ quy trình thí nghiệm sản xuất bột gạo mầm

❖ Thuyết minh quy trình

2.2.1.1 Ngâm

Mục đích: Giúp cho quá trình rang diễn ra thuận lợi, quá trình ngâm làm hạt trương nở, xốp, cấu trúc bị phá vỡ Nước thẩm thấu qua vỏ quả vào trong nội nhũ, trong nội nhũ tích nước tự do khi rang nước sẽ bốc hơi góp phần tạo ra áp suất để gây nổ hạt

Cách thực hiện: gạo lứt mầm được rửa bằng nước mềm theo từng mẻ, sau đó cho vào thau ngâm không đậy kín, lượng nước ngâm cao hơn mặt gạo từ 10cm, gạo được ngâm ở nhiệt độ thường với thời gian khảo sát ở phần bố trí thí nghiệm Cứ khoảng 4 giờ ngâm thay nước 1 lần, do trong quá trình ngâm có sự hô hấp yếm khí của gạo trong nước có thể gây mùi chua do sự lên men sinh acid của vi khuẩn lactic Nên cần khuấy đảo trong quá trình ngâm khoảng 2 giờ/lần và thay nước để loại bỏ mùi chua này

Dụng cụ: chậu, thau có kích thước nhỏ đường kính 20cm

Cách thực hiện: sau quá trình ngâm gạo sẽ được cho vào rổ và rửa lại bằng nước mềm để loại bỏ tạp chất, sau đó sẽ được đặt trên kệ để nước nhiễu xuống đến khi không còn nước nhiễu xuống thì chuyển sang công đoạn tiếp theo

Dụng cụ: Rổ với đường kính khoảng 20cm

Đặc biệt trong quá trình rang xảy ra phản ứng Maillard do tác động tương hỗ giữa những chất chứa nhóm cacbonyl (-COO) với những chất có nhóm amin (-NH2) làm cho bột có màu sẫm và mùi đặc trưng [3]

Quá trình rang cũng sẽ làm chín và khô bột, làm mất đi khả năng hồ hóa và hòa tan của tinh bột khi ta ngâm vào nước sôi Ngoài ra quá trình rang sẽ làm khô và ức chế các enzym còn tồn tại trong gạo giúp ta có thể bảo quản bột gạo lứt trong thời gian dài Tiêu diệt một phần vi sinh vật bám trên hạt hoặc chuyển chúng về dạng bào tử, hạn chế đến mức tối thiểu khả năng hư hỏng do chúng gây ra [2]

Vi sinh: tiêu diệt hoặc ức chế các vi sinh vật góp phần bảo quản sản phẩm lâu dài

Cách thực hiện: Gạo lứt mầm sẽ được cho vào chảo, sau đó bật bếp lên với nhiệt độ được khảo sát ở hình 2.4 và thời gian rang ở hình 2.4 trong phần bố trí thí nghiệm, liên tục đảo gạo đều tay để hạt tiếp xúc nhiệt đều Sau khi hạt đầu tiên nở hoa, thì ta rang thêm một khoảng thời gian cố định quy định trong bố trí thí nghiệm nữa thì dừng quá trình và đổ hạt vào thau

Thiết bị: Chảo gang dùng cho bếp từ, bếp từ

- Hóa học: cấu trúc bị phá vỡ, phản ứng oxy hóa dễ xảy ra

- Hóa lý: tốc độ hút ẩm tăng lên

Cách thực hiện: gạo lứt mầm rang sẽ được cho vào máy nghiền một dĩa Thiết

bị nghiền một dĩa bao gồm một dĩa quay được gắn với một rotor, bề mặt dĩa có những rãnh nhỏ Dĩa được lắp song song với bề mặt cố định, khe hẹp giữa dĩa và bề mặt này quyết định kích thước bột Khi thiết bị vận hành, gạo lứt rang sẽ đi qua khe này, chịu tác dụng của lực ma sát và lực nén, gạo sẽ bị vỡ ra Đầu tiên gạo lứt rang

sẽ được nghiền thô sau đó sẽ được nghiền mịn bởi độ lớn của khe hẹp có thể điều chỉnh

Thiết bị: máy nghiền một dĩa

2.2.2 Sơ đồ nghiên cứu

Khảo sát tỷ lệ pha bột

Độ ẩm

Tỷ lệ nở hoa

Tỷ lệ khét, không nở hoa

Trạng thái cảm quan

Trạng thái cảm quan

Chỉ số peroxyt

Chỉ tiêu hóa lý

Trạng thái cảm quan

Gạo mầm khô

Khảo sát nhiệt

độ nước pha bột

2.2.3 Bố trí thí nghiệm

2.2.3.1 Khảo sát thời gian ngâm gạo mầm

Mục đích: chọn ra thời gian ngâm thích hợp để gạo đạt độ ẩm tối đa nhằm chuẩn bị cho quá trình rang

Chuẩn bị thí nghiệm: gạo mầm, các dụng cụ, thời gian theo dõi lần lượt là 8 giờ,

12 giờ, 16 giờ và 20 giờ Thí nghiệm được bố trí với gạo mầm được ngâm ở 4 mốc thời gian để cho gạo mầm hút nước và đạt trạng thái tối đa

- Yếu tố thay đổi: độ ẩm

- Yếu tố cố định: thời gian ngâm

Giải thích sơ đồ bố trí thí nghiệm

Gạo mầm khô được chia thành 4 mẫu để khảo sát, khối lượng mẫu khảo sát là 100g với độ ẩm ban đầu là 12.7% Các mẫu thí nghiệm được đựng trong tô, lượng nước cho vào ngâm với tỉ lệ gạo: nước là 1:2 nhằm để gạo ngập trong nước và có thể đủ thể tích nước để hạt hút và trương nở, nhiệt độ của nước ngâm 30°C, khi nhiệt độ cao thì hạt sẽ đẩy nhanh quá trình hút và trương nở lên Không đậy kín tô lại vì hạt vẫn cần oxy để hô hấp Cứ sau 2 giờ khuấy trộn 1 lần nhằm để hạt hút nước đồng đều hơn, sau cứ mỗi 4 giờ ngâm sẽ thay nước 1 lần nhằm loại bỏ các acid sinh ra do lên men lactic

Tiến hành ngâm lần lượt 4 mẫu với thời gian như sơ đồ trên theo thứ tự thời gian ngâm lâu nhất (mẫu 4) đến các mẫu có thời gian ngâm ít lâu hơn (mẫu 3,2,1) Các mẫu sau khi ngâm sẽ được tiến hành xác định độ ẩm Dựa trên kết quả khảo sát độ ẩm để chọn ra thời gian ngâm đảm bảo về mặt kỹ thuật lẫn kinh tế

2.2.3.2 Khảo sát quá trình rang gạo mầm

Mục đích: xác định chế độ rang thích hợp

Chuẩn bị thí nghiệm: gạo mầm đã làm ráo, chảo, bếp Gạo mầm sẽ được rang ở

4 mức nhiệt độ khác nhau để gạo nổ tối đa và đồng đều, màu sắc, mùi và trạng thái tốt nhất

Thí nghiệm tìm ra công thức rang tốt nhất nhằm chuẩn bị cho quá trình nghiền bột Thí nghiệm được bố trí với gạo mầm được rang ở 4 mức nhiệt độ với thời gian khác nhau sao cho cảm quan về màu sắc, mùi và trạng thái là tốt nhất

- Yếu tố thay đổi: thời gian

- Yếu tố cố định: nhiệt độ

- Hàm mục tiêu chính: tỷ lệ nở hoa

- Hàm mục tiêu phụ: tỷ lệ khét và tỷ lệ không nở hoa

3 phút, bắt đầu tính từ hạt nở hoa đầu tiên

Mẫu 3: rang Nhiệt độ:210°C Thời gian nở hoa

3 phút, bắt đầu tính từ hạt nở hoa đầu tiên

Mẫu 4: rang Nhiệt độ:240°C Thời gian nở hoa

3 phút, bắt đầu tính từ hạt nở hoa đầu tiên

Ngâm

Làm ráo

Giải thích sơ đồ bố trí thí nghiệm

Gạo mầm sau khi ngâm được làm ráo sẽ được cân thành 4 mẫu bằng cân điện tử với khối lượng cố định 100g Các mẫu sẽ được đựng trong chén để thuận tiện cho việc cho vào chảo rang

Chuẩn bị chảo để rang các mẫu thí nghiệm Chảo được sử dụng để rang là chảo được làm bằng gang Quá trình rang, nhiệt độ ban đầu của chảo và khối hạt khi tiếp xúc với nhau là bằng nhau, sau đó gia nhiệt để nâng dần nhiệt độ dẫn và giữa chúng mới có sự chênh lệch về nhiệt độ Trong quá trình rang, khuấy đảo liên tục để hạt tiếp xúc nhiệt đồng đều, tránh bị khét

Tiến hành rang lần lượt 4 mẫu với nhiệt độ và thời gian khác nhau Thời gian rang được chia thành 2 giai đoạn: giai đoạn 1 từ khi nâng nhiệt đến khi hạt đầu tiên

nổ, giai đoạn 2: từ khi hạt đầu tiên nổ tiếp tục rang trong 3 phút nữa thì dừng quá trình Ghi nhận thời gian

Xác định % nở hoa, % hạt khét bằng phương pháp hình bình hành, để chọn mẫu tốt nhất

Phương pháp xác định % độ nở hoa bằng hình bình hành

Dùng 1 tờ giấy A4, kẻ lên đó hình bình hành và 2 đường chéo, đánh dấu thành 5 điểm A, B, C, D, O gồm 4 điểm 4 góc và 1 điểm giao của 2 đường chéo như hình trên Trộn đều các hạt hạt đã rang, lấy ngẫu nhiên và cân đủ 100g, khối lượng 100g tiếp tục bốc ngẫu nhiên chia thành 5 phần đồng đều (20g), tương ứng với mỗi điểm

đã đánh dấu trên hình bình hành được đặt 20g Sau đó lấy ở mỗi điểm ngẫu nhiên 4g (m) và lựa chọn số lượng hạt nở hoa (m1), sau đó áp dụng công thức để tính % khối hạt nở hoa và % khối hạt khét