Nghiên cứu đường hóa và lên men gạo lứt nảy mầm để tạo đồ uống có độ cồn thấp

Nhan đề : Nghiên cứu đường hóa và lên men gạo lứt nảy mầm để tạo đồ uống có độ cồn thấp Tác giả : Đỗ Tuấn Anh Người hướng dẫn: Nguyễn Trường Giang Từ khoá : Gạo lứt; Gạo lứt nảy mầm; Đồ uống có độ cồn thấp Năm xuất bản : 2020 Nhà xuất bản : Trường đại học Bách Khoa Hà Nội Tóm tắt : Tổng quan gạo lứt nảy mầm, enzyme amylase, lên men ngũ cốc tạo đồ uống có độ cồn thấp sử dụng hệ vi sinh vật; vật liệu và phương pháp nghiên cứu; kết quả.

LUẬN VĂN THẠC SĨ

Nghiên cứu đường hóa và lên men gạo lứt nảy mầm để tạo đồ uống có độ cồn thấp

ĐỖ TUẤN ANH Ngành: Công nghệ sinh học

Giảng viên hướng dẫn: TS Nguyễn Trường Giang

HÀ NỘI, 2020

LUẬN VĂN THẠC SĨ

Nghiên cứu đường hóa và lên men gạo lứt nảy mầm để tạo đồ uống có độ cồn thấp

ĐỖ TUẤN ANH Ngành: Công nghệ sinh học

Giảng viên hướng dẫn: TS Nguyễn Trường Giang

HÀ NỘI, 2020

LỜI CẢM ƠN

Lời đầu tiên, em xin bày tỏ sự kính trọng và lòng biết ơn sâu sắc tới TS Nguyễn Trường Giang, người thầy đã hướng dẫn, động viên, giúp đỡ em trong quá trình nghiên cứu và viết luận văn này Những nhận xét, đánh giá của thầy, đặc biệt

là những gợi ý về hướng giải quyết vấn đề trong suốt thời gian nghiên cứu, thực

sự là những bài học quý giá đôi với em không chỉ trong quá trình viết luận văn mà

cả trong quá trình công tác sau này

Em xin bày tỏ lời biết ơn chân thành đến NCS Lưu Anh Văn cùng các thầy

cô giáo, các anh chị cán bộ đang làm việc và nghiên cứu tại các phòng thí nghiệm trong Viện Công Nghệ Sinh Học và Công Nghệ Thực Phẩm đã tận tình chỉ dẫn, truyền đạt những ý kiến chuyên môn và kinh nghiệm quý báu trong suốt quá trình thực hiện đề tài nghiên cứu

Em xin bày tỏ lời biết ơn sâu sắc đến gia đình và những người thân đã luôn ủng hộ, động viên, tạo mọi điều kiện cho em trong suốt thời gian học tập tại Trường

Hà Nội, ngày tháng năm 2020

Tác giả

Đỗ Tuấn Anh

MỤC LỤC

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT iii

DANH MỤC BẢNG iv

DANH MỤC HÌNH v

ĐẶT VẤN ĐỀ 1

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN TÀI LIỆU 2

1.1 Gạo lứt và gạo lứt nảy mầm 2

1.1.1 Gạo lứt 2

1.1.2 Gạo lứt nảy mầm 7

1.2 Enzyme amylase 12

1.2.1 Tổng quan về enzyme amylase 13

1.2.2 Enzyme amylase trong gạo lứt nảy mầm 16

1.2.3 Enzyme thương mại Amylex 17

1.3 Lên men ngũ cốc tạo đồ uống có độ cồn thấp sử dụng hệ vi sinh vật 18

1.3.1 Vi khuẩn thường dùng trong lên men tạo đồ uống 18

Vi khuẩn 18

1.3.2 Nấm men Saccharomyces 18

1.3.3 Ứng dụng tổ hợp nấm men và vi khuẩn trong lên men ngũ cốc tạo đồ uống 19

1.3.1 Quy trình sản xuất một số loại đồ uống lên men không cồn hoặc ít cồn 20

1.3.2 Tình hình nghiên cứu đồ uống từ gạo lứt 22

CHƯƠNG 2 VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 24

2.1 Vật liệu và hóa chất 24

2.2 Các phương pháp nghiên cứu 26

2.3 Phương pháp bố trí thí nghiệm 29

2.4 Phương pháp xử lý số liệu 31

3.1 Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình thủy phân trong hạt gạo lứt nảy mầm 33 3.1.1 Lựa chọn nhiệt độ thích hợp cho quá trình thủy phân dịch gạo lứt nảy mầm 33

3.1.2 Lựa chọn pH thích hợp cho thủy phân dịch gạo lứt nảy mầm 34

3.1.3 Lựa chọn tỷ lệ nguyên liệu/nước thích hợp cho thủy phân dịch gạo nảy

mầm 35

3.1.4 Lựa chọn thời gian thích hợp cho thủy phân dịch gạo lứt nảy mầm 37

3.2 Nghiên cứu kết hợp sử dụng enzyme Amylex 39

3.2.1 Ảnh hưởng của chế độ thủy phân đến lượng đường khử trong dịch thủy phân 39

3.2.2 Ảnh hưởng của chế độ thủy phân đến hàm lượng dextrin trong dịch thủy phân 40

3.2.3 Ảnh hưởng của chế độ thủy phân đến hàm lượng chất khô hòa tan trong dịch thủy phân 41

3.3 Nghiên cứu lựa chọn điều kiện lên men thích hợp tạo đồ uống có độ cồn thấp 42

3.3.1 Ảnh hưởng tỷ lệ cấp giống nấm men – vi khuẩn đến quá trình lên men 42

3.3.2 Ảnh hưởng của nhiệt độ lên men 43

3.3.3 Ảnh hưởng của pH lên men 44

3.3.4 Ảnh hưởng của tốc độ lắc trong quá trình lên men 46

3.3.5 Ảnh hưởng của thời gian lên men 47

KẾT LUẬN VÀ KHUYẾN NGHỊ 50

Kết luận 50

Kiến nghị 50

TÀI LIỆU THAM KHẢO 51

PHỤ LỤC 56

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT

GAD Glutamate decacboxylase

GABA γ-aminobutyric acid

0T Tenera Độ acid(độ chua)

DANH MỤC BẢNG

Bảng 1.1.Tính chất hóa lý của tinh bột gạo tẻ và gạo nếp [8] 5

Bảng 1 2.Giá trị dinh dưỡng trong 100g nguyên liệu gạo lứt [15] [16] 10

Bảng 1.3.Ảnh hưởng của sự nảy mầm đến hoạt động amylase, hoạt tính protease và hàm lượng tinh bột của gạo lức (BR) 16

Bảng 1.4.Các sản phẩm lên men từ các loại ngũ cốc 19

Bảng 1.5.Tiêu chí mong muốn của sản phẩm 23

Bảng 2.1.Danh mục thiết bị và dụng cụ 25

Bảng 2 2.Danh mục hóa chất sử dụng 25

Bảng 2.3.Thành phần môi trường Sabouraud 26

Bảng 2.4.Thành phần môi trường MRS 26

Bảng 3.1.Một số thông số về hàm lượng đường của dịch sau thủy phân 39

DANH MỤC HÌNH

Hình 1.1.Cấu tạo hạt gạo lứt 2

Hình 1.2.Cấu trúc của hạt tinh bột 6

Hình 1.3.Sơ đồ biễu diễn ba cấu trúc amylopectin (theo Myers,2000) 6

Hình 1.4.Các giai đoạn của quá trình nảy mầm [11] 7

Hình 1 5.Sự thay đổi của tinh bột gạo lứt và tinh bột gạo lứt nảy mầm dưới kính hiển vi điện tử 9

Hình 1.6.Công thức cấu tạo của GABA [17] 11

Hình 1.7.Giống lúa nếp Anh Đào 12

Hình 1.8.Các loại enzyme endoamylase và exoamylase 13

Hình 1.9.Cơ chế tác dụng của enzyme α-amylase lên phân tử tinh bột [20] 14

Hình 2.1.Bố trí dụng cụ thí nghiệm chưng cất 28

Hình 2.2.Sơ đồ các bước thí nghiệm 29

Hình 3.1.Ảnh hưởng của nhiệt độ thủy phân đến lượng đường khử tạo thành 33

Hình 3.2.Ảnh hưởng của nhiệt độ thủy phân đến hàm lượng chất khô hòa tan và lượng dextrin tạo ra 34

Hình 3.3.Ảnh hưởng của pH dịch thủy phân đến hàm lượng lượng đường khử 35 Hình 3.4.Ảnh hưởng của pH dịch thủy phân đến hàm lượng chất khô hòa tan và hàm lượng dextrin 35

Hình 3.5.Ảnh hưởng của tỉ lệ nguyên liệu và nước tới hàm lượng đường khử của dịch sau thủy phân 36

Hình 3.6.Ảnh hưởng của tỉ lệ nguyên liệu/ nước đến hàm lượng chất khô hòa tan và dextrin trong dịch thủy phân 36

Hình 3.7.Ảnh hưởng của thời gian thủy phân tới lượng đường khử tạo thành 37

Hình 3.8.Ảnh hưởng của thời gian thủy phân đến hàm lượng chất khô hòa tan và lượng dextrin tạo thành 37

Hình 3.9.Ảnh hưởng của chế độ thủy phân tới lượng đường khử tạo ra 40

Hình 3.10.Ảnh hưởng của loại enzyme thủy phân tới hàm lượng dextrin của dịch sau thủy phân 41

Hình 3.11.Ảnh hưởng của chế độ thủy phân tới hàm lượng chất khô hòa tan trong dịch thủy phân 41

Hình 3.12.Ảnh hưởng của tỷ lệ nấm men-vi khuẩn tới hàm lượng đường khử sót

và mật độ tế bào vi sinh vật trong quá trình lên men 42 Hình 3.13.Ảnh hưởng của tỷ lệ nấm men-vi khuẩn tới hàm lượng chất khô hòa tan, cồn và pH của dịch lên men 42 Hình 3.14.Ảnh hưởng của nhiệt độ lên men tới hàm lượng chất khô hòa tan, cồn

và pH của dịch lên men 44 Hình 3.15.Ảnh hưởng của nhiệt độ lên men tới hàm lượng đường khử sót và mật

độ tế bào vi sinh vật trong quá trình lên men 44 Hình 3.16.Ảnh hưởng của pH dịch trước lên men tới hàm lượng đường khử sót và mật độ tế bào vi sinh vật trong quá trình lên men 45 Hình 3.17.Ảnh hưởng của pH dịch trước lên men tới độ hàm lượng chất khô hòa tan, cồn và pH sau lên men 45 Hình 3.18.Ảnh hưởng của tốc độ lắc trong quá trình lên men tới hàm lượng đường khử sót và mật độ tế bào vi sinh vật 46 Hình 3 19.Ảnh hưởng của tốc độ lắc trong quá trình lên men tới hàm lượng chất khô hòa tan, cồn và pH sau lên men 46 Hình 3.20.Ảnh hưởng của thời gian lên men trong quá trình lên men tới hàm lượng đường khử sót và mật độ tế bào vi sinh vật 47 Hình 3.21.Ảnh hưởng của thời gian lên men tới hàm lượng chất khô hòa tan, cồn

và pH sau lên men 48 Hình 3.22.Dịch lên men tạo đồ uống ít cồn từ dịch gạo lứt Anh Đào nảy mầm 49

ĐẶT VẤN ĐỀ

Đồ uống đóng vai trò quan trọng đối với đời sống của con người Ngoài việc cung cấp nước cho cơ thể tham gia vào quá trình trao đổi chất của tế bào, nó còn bổ sung cho cơ thể một lượng lớn chất dinh dưỡng như vitamin, muối khoáng

để bù đắp những hao hụt về năng lượng và dinh dưỡng trong các hoạt động sống của con người

Việt Nam có thế mạnh về các sản phẩm lúa gạo Trong đó, gạo lứt là loại thực phẩm đang được chú ý Hiện nay, những sản phẩm của gạo lứt đang được sử dụng rộng rãi ở nhiều nước trên thế giới, người Việt Nam đã xem gạo lứt như là món ăn chữa bệnh [1] Việc lên men gạo lứt với vi khuẩn lactic cũng đã được Nhật Bản và Hàn Quốc khảo sát Họ đã tạo loại đồ uống tương tự Amazake từ sự lên

men gạo Koji bằng Lactobacillus amylovorus Với nhiều loại gạo lức khác nhau,

sau khi ngâm, số lượng vi khuẩn lactic đều gia tăng rõ trong nước và gạo, ngăn chặn sự phát triển của những vi sinh vật khác Gạo lứt nảy mầm được lên men với hoạt động của vi khuẩn, nấm men có lợi, sẽ tạo thành một loại đồ uống giàu dinh dưỡng, có tác dụng thanh nhiệt, giải khát, tăng cường sức khỏe, ngăn ngừa bệnh tật và có lợi cho tiêu hóa Giá trị mà lên men lactic và thành phần của gạo lứt mang lại là cơ sở cho các nghiên cứu để cho ra sản phẩm nước uống lên men từ gạo lứt Bên cạnh đó, việc tận dụng nguồn enzyme có sẵn trong hạt nảy mầm để thủy phân tinh bột trong hạt là một vẫn đề rất đáng quan tâm Tuy nhiên, hiện có ít nghiên cứu về vấn đề này Quá trình thủy phân tạo dịch đường là cơ sở cho quá trình lên men, ảnh hưởng đến chất lượng đồ uống Với mong muốn tạo ra sản phẩm đồ uống mới đáp ứng được nhu cầu của người tiêu dùng trong nước, cung cấp các chất dinh

dưỡng thiết yếu Với mong muốn đó, tôi lựa chọn đề tài: “Nghiên cứu đường hóa

và lên men gạo lứt nảy mầm để tạo đồ uống có độ cồn thấp”

Mục tiêu đề tài: Nghiên cứu quá trình đường hóa và lên men gạo lứt nảy

mầm để tạo đồ uống có độ cồn thấp

Nội dung nghiên cứu:

Khảo sát và lựa chọn quá trình đường hóa dịch gạo lứt nảy mầm thích hợp

Khảo sát và lựa chọn điều kiện lên men thích hợp tạo đồ uống có độ cồn thấp

Phạm vi đề tài: Nghiên cứu được tiến hành trên quy mô phòng thí nghiệm

với đối tượng là gạo lứt Anh Đào nảy mầm

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN TÀI LIỆU

1.1 Gạo lứt và gạo lứt nảy mầm

1.1.1 Gạo lứt

Gạo lứt (Brown rice) hay còn gọi là gạo rằn, gạo lật hay gạo lức Gạo lứt được tạo ra sau quá trình xay xát gạo, chỉ loại bỏ lớp vỏ trấu bên ngoài và giữ lại lớp vỏ lụa bên trong Do vậy, gạo lứt thường có mầu đậm hơn gạo trắng thông thường Gạo lứt được cấu tạo từ ba thành phần chính, bao gồm: Lớp vỏ lụa, phôi và nội nhũ Gạo lứt rất giàu dinh dưỡng đặc biệt là vitamin và các nguyên tố

vi lượng, cung cấp thành phần carbonhydrate, vitamin nhóm B, chất xơ, chất béo, sắt, kali…

Hình 1.1.Cấu tạo hạt gạo lứt

Gạo lứt bao gồm: 1- 2% vỏ, lớp cám và vỏ gạo 4-6%, phôi 1%, lớp vảy 2%, nội nhũ chiếm khoảng 91-92% Ngoài phần tinh bột chiếm chủ yếu trong nội nhũ thì gạo lứt còn chứa một lượng lớn chất đạm, chất béo, các vitamin đặc biệt là nhóm B và các khoáng vi lượng Gạo lứt có hàm lượng vitamin nhóm B cao nhất trong các loại ngũ cốc Trong khi đó quá trình chuyển từ gạo lứt sang gạo trắng làm mất đi khoảng 67% vitamin B3, 80% vitamin B1, 90% vitamin B6, 50% mangan, phospho và 60% sắt, hầu hết các chất xơ và acid béo cần thiết [2]

Vỏ cám bao gồm nhiều lớp, chiếm khoảng 4- 5% trọng lượng hạt lớp mỏng ngoài cùng của vỏ cám có cấu trúc rất cứng, không cho phép sự di chuyển của oxy,

CO2 và hơi nước Phần vỏ cám bao gồm protein, vitamin B, K và đặc biệt là vitamin

E (có chứa a-tocopherol, tocotrienol) và γ-oryzanol là chất chống oxy hóa làm giảm bệnh Alzheimer và dị ứng [3] Do đó, gạo lứt là một nguồn rất giàu dinh dưỡng, đặc biệt là vitamin nhóm B, chất xơ và khoáng cũng vì thế gạo lứt dễ bị hư hỏng hơn gạo trắng trong quá trình bảo quản

Nội nhũ là phần chủ yếu của gạo lứt, thành phần chủ yếu của nội nhũ là tinh bột (chiếm đến 90%) Tùy theo điều kiện canh tác và giống lúa, nội nhũ có màu trắng trong hay trắng đục (giống hạt dài nội nhũ trắng trong, giống hạt bầu nội nhũ

có màu trắng đục) Sự hiện diện của protein và tinh bột chịu trách nhiệm cho những thay đổi trong quá trình già của hạt gạo

Phôi là thành phần riêng lẻ nằm trong nội nhũ, bên góc dưới hạt gạo Phôi

là nơi dự trữ chất dinh dưỡng của hạt và nảy mầm trong điều kiện thích hợp

Thành phần các chất dinh dưỡng có trong gạo lứt gần như giữ được hoàn toàn và không mất đi khi xay xát thóc…Trong các lớp vỏ lụa (vỏ quả, vỏ hạt, anơron) và phôi của gạo lứt có trên 120 chất chống ôxy hóa, chúng có thể bảo vệ các tế bào của cơ thể khỏi bị xâm hại bởi các gốc tự do Một số chất dinh dưỡng

có trong gạo lứt như chất xơ, carotenoid, phytosterol, acid omega 3 và inositol hexaphosphate (IP6), hàm lượng acid γ -aminobutyric (GABA) đạt 14mg/100g…

có vai trò rất quan trọng trong việc phòng chống sự ngưng kết các tiểu huyết cầu

và làm giảm hàm lượng cholesterol và triglyceride, điều chỉnh được hàm lượng glucose trong máu [4]

Gạo lứt có tác dụng làm giảm nguy cơ của một số bệnh ung thư: polyphenol

và tocotrienol đều có tác dụng kìm hãm các enzyme vi thể pha 1 và tiểu phần protein của gạo lứt có tác dụng kìm hãm việc sinh sản nhanh các tế bào bất bình thường IP6 trong gạo lứt có hoạt tính chống ung thư và ngăn ngừa việc phát triển

lipo-tế bào khối u trong ung thư đường ruột và ung thư gan

Gạo lứt có tác dụng cải thiện bộ máy tiêu hóa, giúp việc đồng hóa thức ăn tốt và tránh được các hiện tượng tiêu chảy, táo bón, đồng thời cải thiện một cách

tự nhiên hệ vi sinh vật trong đường ruột Chất xơ trong gạo lứt giúp phòng ngừa các bệnh liên quan đến đường tiêu hóa và bệnh tim mạch Gạo lứt có tác dụng làm giảm cân ở những người bị bệnh béo phì vì nó cung cấp các chất dinh dưỡng có thể giúp cơ thể không bị kích động bởi cảm giác đói [4]

Gạo lứt cũng rất giàu magiê thiên nhiên có khả năng phòng chống hội chứng rối loạn trao đổi chất đồng thời cải thiện quá trình trao đổi chất

Bên cạnh đó gạo lứt còn có tác dụng cải thiện thị giác: Gạo lứt có chứa lutein và zeaxanthin có khả năng cải thiện thị lực và giảm các rủi ro của sự thoái hóa hoàng điểm và bệnh đục thủy tinh thể Các acid béo không thể thay thế omega

3, omega 6, omega 9 và acid folic có trong lớp cùi của gạo lứt cũng đều có tác dụng cải thiện thị lực của mắt Gạo lứt còn có tác dụng giảm hiện tượng đau đầu

và cải thiện chức năng trí tuệ và tinh thần [4]

Các thành phần dinh dưỡng chính trong gạo lứt cụ thể gồm:

Carbohydrate: Là thành phần chiếm đa số trong nguyên liệu, cung cấp

năng lượng cho hoạt động sống hằng ngày Carbohydrate bao gồm: Tinh bột, đường và chất xơ Tinh bột trong hạt gạo bao gồm hai thành phần chính là amylose

và amylopectin, hai thành phần này ảnh hưởng đến cấu trúc của hạt cơm Amylose được cấu tạo từ các gốc α-D-glucose bằng liên kết α-glycoside 1, 4 tạo thành mạch thẳng, thành phần này cho hạt cơm có cấu trúc khô cứng Amylopectin cũng được cấu tạo từ đơn vị đường trên nhưng có thêm liên kết α-glycoside 1,6 tạo thành mạch nhánh, thành phần này tạo cấu trúc mềm dẻo cho hạt cơm Tùy theo nguyên liệu mà tỷ lệ hai thành phần này khác nhau dẫn đến cấu trúc cơm cũng khác nhau

Chất xơ có khả năng chống lại các bệnh về tim mạch, ung thư ruột kết, tiểu đường và béo phì Có hai loại chất xơ là hòa tan và không hòa tan Chất xơ hòa tan được biết như là chất giảm mức cholesterol trong máu và bình ổn đường huyết Chất xơ không tan làm tăng nhu động ruột Gạo lứt là nguồn cung cấp chất xơ tuyệt vời và ổn định, trong 160g gạo lứt khi nấu chín sẽ cung cấp 2,4g chất xơ, tương đương với 8% nhu cầu chất xơ hàng ngày đối với nam và 9,6% đối với nữ

Protein: Ngoài carbohydrate thì một thành phần quan trọng thứ hai trong

nguyên liệu đó là protein Theo Viện nghiên cứu lúa quốc tế thì hàm lượng protein trong gạo lứt thay đổi tùy vào giống lúa từ 4,3 - 18,2% [5] Không giống như bột whey làm từ sữa hay protein từ đậu nành có thể gây ra một số rắc rối về tiêu hóa, protein từ gạo dễ tiêu hóa hơn, và đây cũng là một nguồn protein thực vật dồi dào

Lipid: Gạo lứt chứa 2,4 - 3,9% lipid, tập trung nhiều ở vỏ cám với 18,3%

và 0,8% ở các phần còn lại Loại lipid chính trong cám là triglyceride, acid béo tự

do trong nội nhũ và monoacyl lipid trong tinh bột Dựa vào cấu trúc và quan hệ trao đổi chất có thể phân loại lipid trong cám thành 3 dạng chính: Glycerolipid, sterollipid và sphingolipid Chất béo trong cám rất có lợi cho sức khỏe, dầu cám giúp giảm cholesterol do trong thành phần có chứa các hợp chất không thể xà phòng hóa được Vì vậy dầu cám được xem như là một thực phẩm chức năng quan trọng cho sức khỏe tim mạch [6]

Vitamin: Gạo không chứa hoặc chứa rất ít vitamin A, C, D Tuy nhiên, gạo

lứt được xem như một nguồn cung cấp rất dồi dào các vitamin nhóm B, đặc biệt vitamin B1, B3, B6 [5] Những vitamin này đa số đóng vai trò là coenzyme của các enzyme xúc tác vô số phản ứng sinh hóa trong cơ thể [7] Tuy nhiên, hầu hết các vitamin này tan trong nước nên cơ thể khó dự trữ được, và lượng dư thường thải ra theo nước tiểu Do đó nó phải được cung cấp hằng ngày

Chất khoáng: Chất khoáng tồn tại trong hạt gạo lứt chủ yếu ở vỏ cám

Thành phần rất đa dạng, từ các khoáng đa lượng như canxi, phospho đến các khoáng vi lượng như sắt, kẽm, đồng, Đặc biệt gạo lứt được xem như một nguồn cung cấp magiê, mangan và selen tuyệt vời Các chất khoáng này tham gia vào quá trình điều hòa các hoạt động quan trọng trong cơ thể như trao đổi chất, hoạt động của cơ và hệ thần kinh

Thành phần tinh bột trong gạo

Thành phần tinh bột của gạo lứt và gạo trắng thường cũng tương tự nhau Tính chất hóa lý của tinh bột gạo nếp và gạo tẻ rất khác nhau, thể hiện trong bảng 1.1 Gạo nếp có hàm lượng amylopectin cao điều đó giải thích cho tính dẻo của hạt sau khi nấu Tinh bột gạo nếp được ứng dụng trong chế biến các sản phẩm thực phẩm cần độ đàn hồi cao như các loại bánh nếp Trong sản xuất đồ uống, tinh bột gạo nếp có nhiều ưu điểm như độ hòa tan tốt khi gia nhiệt, ít bị lắng cặn, có tính đồng nhất cao

Bảng 1.1.Tính chất hóa lý của tinh bột gạo tẻ và gạo nếp [8]

Cấu trúc tinh bột gạo

Tinh bột gạo đã và đang được ứng dụng rất rộng rãi trong công nghệ thực phẩm và các ngành công nghiệp khác nhau Trong sản xuất thực phẩm, căn cứ vào đặc tính mong muốn của sản phẩm mà người ta sử dụng tinh bột gạo từ các giống

lúa khác nhau Giống japonica thường được dùng cho các sản phẩm có độ ẩm cao, cần giữ được hình dạng khi vận chuyển hoặc bảo quản lạnh Giống indica thường

được dùng cho các sản phẩm có độ ẩm thấp, đặc tính giòn [9]

Cấu trúc của tinh bột gạo quyết định đến đặc tính công nghệ của chúng Thành phần của tinh bột gồm 2 phần chính là amylose và amylopectin (hình 1.2)

Hình 1.2.Cấu trúc của hạt tinh bột

Hình 1.3.Sơ đồ biễu diễn ba cấu trúc amylopectin (theo Myers,2000)

Trong tinh bột gạo và một số loại tinh bột ngũ cốc amylose chiếm khoảng 20-30%, amylopectin 70-80% Do cấu trúc amylose rất chắc chắn, nên trong quá

trình thủy phân tinh bột, nếu tinh bột có hàm lượng amylopectin cao thì quá trình thủy phân sẽ nhanh chóng và dễ dàng hơn

Theo Helland, tinh bột là thành phần chính trong các hạt ngũ cốc chín, khi các hạt được ngâm trong nước enzym trong hạt khô bắt đầu hoạt động Có 3 loại enzym chính trong nhóm amylase thủy phân tinh bột là α-amylase, β-amylase và limit dextrinases α-amylase là enzym chủ yếu được tổng hợp trong quá trình nảy mầm và đảm nhiệm để chuyển tinh bột dự trữ trong nội nhũ α-amylase hoạt động bằng cách cắt ngẫu nhiên liên kết α-1,4-glucoside trong tinh bột (amylose và amylopectin) Cuối cùng, tất cả amylose được chuyển hóa hết thành maltose Còn amylopectin, sản phẩm được giải phóng ra bao gồm glucose, maltose và α-limit dextrins β-amylase là một exoenzym tấn công tinh bột từ đầu không khử của các sản phẩm dextrin được sinh ra bởi α-amylase và limit dextrinase Nó tấn công liên kết α-1,4-glucoside theo đôi một để giải phóng ra maltose, nhưng không thể phá

vỡ liên kết α-1,6-glucoside, nên kết quả tạo ra các β-limit dextrin Sự kết hợp giữa α-amylase và β-amylase giúp giảm tinh bột nhanh hơn và hoàn toàn hơn khi hoạt động một mình Enzym limit dextrinase ít được biết đến hơn, nhưng nó hoạt động

dễ dàng thủy phân amylopectin hơn so với polymer tự nhiên và nó cần thời gian nảy mầm tương đối dài để hoạt động [10]

1.1.2 Gạo lứt nảy mầm

Gạo lứt nảy mầm là hạt gạo lứt còn nguyên phôi được nảy mầm ở điều kiện thích hợp, trong quá trình gạo lứt nảy mầm xảy ra rất nhiều phản ứng sinh hóa Các quá trình đó được khái quát trên hình 1.4

Hình 1.4.Các giai đoạn của quá trình nảy mầm [11]

Các giai đoạn của quá trình nảy mầm [12]:

Giai đoạn I: Sự hoạt hóa: Quá trình hấp thụ nước diễn ra nhanh kết quả là

có sự xáo trộn về cấu trúc xảy ra đặc biệt tại tế bào, điều này làm cho quá trình hút nước và hoạt hóa enzym có sẵn trong hạt Quá trình hô hấp và tổng hợp protein bắt

đầu diễn ra

Giai đoạn II: Phôi bắt đầu nảy mầm, dài ra: Trong giai đoạn này quá trình

tổng hợp protein sử dụng những mRNA có sẵn, tế bào phân chia mạnh mẽ, nhu cầu tiêu thụ oxy là rất lớn để thực hiện quá trình hô hấp, hàng loạt quá trình sinh

năng lượng diễn ra ở chu trình TCA, chu trình glucolysis

Giai đoạn III: Sự tăng trưởng của cây mầm: Các mRNA và DNA được tổng

hợp mới, mầm phát triển nhanh hơn Sự phân chia tế bào xảy ra hai đầu của trục phôi Một đầu phát triển thành chồi mầm, một đầu phát triển thành rễ mầm trên trục phôi có một hoặc hai lá mầm được gọi là tử diệp Khi mầm bắt đầu tăng trưởng, trọng lượng tươi và khô của cây mầm bắt đầu tăng

Sự thay đổi cấu trúc tinh bột trong quá trình nảy mầm gạo lứt

Theo kết quả nghiên cứu của Su - Yeon You và cộng sự (2016, trong quá trình gạo lứt nảy mầm, tinh bột dưới tác dụng của enzyme đã bị thay đổi cấu trúc (biến tính) Các chuỗi amylopectin trở nên ngắn hơn (tỷ lệ DP6-12 cao hơn so với tinh bột gạo lứt), bề mặt tinh bột trở nên xốp và rỗng hơn dưới kính hiển vi tử quét

Độ kết tinh thấp hơn, nhiệt độ hồ hóa của tinh bột gạo lứt nảy mầm giảm xuống so với gạo lứt và nhiệt độ kết tinh thấp hơn Hàm lượng tinh bột dễ tiêu hóa tăng lên trong hạt gạo lứt nảy mầm cụ thể: hàm lượng tinh bột tiêu hóa nhanh, tinh bột tiêu hóa chậm, tinh bột kháng trong BR là: 50.5%, 42.4%, 7.1% và trong GBR là: 69%, 27.9%, 3.1% [13]

Hình 1 5.Sự thay đổi của tinh bột gạo lứt và tinh bột gạo lứt nảy mầm dưới

kính hiển vi điện tử

Trong đó: (A) Tinh bột gạo lức (BRS), (B) Tinh bột gạo lức nảy mầm (GBRS), (C) GBR được siêu âm ở 600C trong 30 phút (GBRS-U), (D) GBR độ ẩm được xử lý ở 1200C trong 2 giờ (GBRS-H)

Dinh dưỡng trong gạo lứt nảy mầm

Gạo lứt có thành phần dinh dưỡng cao và việc sử dụng nó đã được biết đến tại Nhật Bản vào những năm 1970 Ngày nay việc sử dụng gạo lứt làm nguồn lương thực được chú ý hơn bao giờ hết, đặc biệt ở các quốc gia châu Á, nơi gạo là lương thực chính Gạo nảy mầm đã thay đổi về cấu trúc và chất lượng so với gạo lứt, giúp chúng dễ dàng để nấu hơn Đồng thời, quá trình nảy mầm cũng tăng cường một số hợp chất chức năng trong gạo như: GABA, γ-oryzanol, Swati Bhauso Patil and

Md Khalid Khan đã chỉ ra rằng, việc ngâm gạo trong nước ở 400C trong vòng 8 – 24 tiếng làm tăng đáng kể lượng GABA [14]

Bảng 1 2.Giá trị dinh dưỡng trong 100g nguyên liệu gạo lứt [15] [16]

suốt thập kỷ trước (tính từ năm 2008), 49 mặt hàng liên quan tới gạo lứt đã được cấp bằng sáng chế tại quốc gia này Việc nảy mầm làm thay đổi, cải thiện cấu trúc của hạt gạo lứt, khiến nó có thể dễ dàng nấu chín bằng nồi cơm điện thông thường, cho cơm mềm, dễ nhai Hơn nữa, nó có thể được sử dụng làm nguyên liệu trong sản xuất các loại thực phẩm khác nhau, bao gồm: Bánh gạo lứt nảy mầm, bánh mì gạo lứt nảy mầm, bánh rán, bánh quy, bánh mì kẹp thịt,…

Có nhiều hợp chất chức năng trong hạt gạo lứt nảy mầm, có thể kể đến như GABA, acid ferulic, acid phytic, gama oryzanol, polyphenol,… Trong đó chất đang được nghiên cứu và quan tâm rộng rãi là GABA

GABA là một acid amin quan trọng, có công thức hóa học là C4H9NO2, khối lượng phân tử 103,12 dalton

Hình 1.6.Công thức cấu tạo của GABA [17]

Trong gạo lứt, GABA được tìm thấy với hàm lượng rất thấp Nhờ có quá trình ươm mầm mà enzyme GAD được tăng về cả khối lượng và năng lực xúc tác, thông qua sự trao đổi chất của hạt mà acid glutamic được phân cắt với một số lượng lớn, lượng GABA được gia tăng đáng kể

GABA không chỉ có tác động hiệu quả trong việc giảm huyết áp mà còn có tác dụng trong việc dẫn truyền thần kinh, vận chuyển oxy, giúp đẩy nhanh quá trình lưu thông máu trong não Bên cạnh đó, thực phẩm giàu GABA còn có thể được sử dụng như một thành phần dinh dưỡng bổ sung vào chế độ ăn uống hằng ngày giúp điều trị chứng mất ngủ, suy nhược cơ thể và rối loạn tự trị, các triệu trứng có liên quan đến bệnh kinh niên và kích thích sự miễn dịch tế bào,… [18], [19]

Gạo lứt nảy mầm Anh Đào

Giống lúa nếp Anh Đào do Công ty Trách nhiệm Hữu hạn Khoa học

Kỹ thuật Nông nghiệp (VINABHTABA) - Bắc Ninh lai tạo và chọn lọc Hiện được gieo trồng ở các tỉnh Bắc Ninh, Bắc Giang, Vĩnh Phúc, Thái Bình Đây là giống lúa cảm ôn, cấy được cả hai vụ trong năm, chiều cao cây 115 – 120 cm Khả năng chống chịu sâu bệnh tốt Bông dài, hạt to, bầu, vỏ hạt màu vàng sẫm, khối lượng

28 – 30 gam/1000 hạt

Đặc tính hạt gạo nếp Anh Đào: Hạt gạo tròn, dẻo sau khi nấu, mùi thơm ngay cả khi để nguội Hạt gạo lứt và gạo lứt nảy mầm Anh Đào thể hiện trên hình 1.5 Trong quá trình xát vỏ tỷ lệ gạo mất phôi và vỡ vụn không nhiều ( 3 - 5% ), tỷ

lệ nảy mầm cao ( trên 90% )

Hình 1.7.Giống lúa nếp Anh Đào

1.2 Enzyme amylase

Các enzyme amylase được sử dụng phổ biến để thủy phân tinh bột Quá trình thủy phân tinh bột trong công nghiệp thường được chia thành 3 giai đoạn: Hồ hóa, dịch hóa và đường hóa dưới tác dụng dưới tác dụng của nhiệt và hệ enzyme như: α - amylase, β- amylase, pullulanase Nếu bổ sung α – amylase chịu nhiệt vào huyền phù tinh bột từ đầu quá trình thủy phân, giai đoạn hồ hóa và dịch hóa xảy ra đồng thời và được gọi chung là dịch hóa Khi đó, quá trình thủy phân dưới xúc tác của hệ enzyme amylase chỉ được chia thành hai giai đoạn là dịch hóa và đường hóa

Tinh bột không có khả năng lên men trực tiếp bằng nấm men được mà phải qua các giai đoạn chuyển hóa thành đường, sau đó mới thực hiện được quá trình lên men rượu nhờ nấm men

Có ba giai đoạn trong việc chuyển đổi tinh bột trong công nghiệp thực phẩm:

• Gel hoá, liên quan đến việc hoà tan các hạt tinh bột để tạo thành dạng huyền phù nhớt;

• Dịch hoá, liên quan đến các thủy phân một phần của tinh bột, với sự giảm thích hợp độ nhớt

• Đường hoá, liên quan đến việc sản xuất glucose và maltose bằng cách tiếp tục thủy phân thêm

Sự gel hoá thực hiện bằng cách gia nhiệt tinh bột với nước, xảy ra khi thực phẩm có tinh bột được nấu chín Tinh bột được gel hoá, dịch hóa dễ dàng bằng cách thủy phân một phần với các enzyme hoặc acid và sự đường hoá bằng cách tiếp tục thủy phân thêm Để nâng cao hiệu quả chuyển hóa tinh bột thành đường

dễ lên men thì trong quá trình dịch hóa bổ sung thêm các enzyme Termamyl Đây

là một endoamylase bẻ gãy mối liên kết α – 1,4 glucoside trong amylose và amylopectin để tạo ra các dextrin, oligosaccharide

1.2.1 Tổng quan về enzyme amylase

Amylase là một hệ enzyme rất phổ biến trong thế giới sinh vật Các enzyme này thuộc nhóm enzyme thủy phân, xúc tác phân giải liên kết nội phân tử trong nhóm polysaccharide với sự tham gia của nước

RR+ + H-OH RH + R+OH Amylase thủy phân tinh bột, glycogen và dextrin thành glucose, maltose và dextrin hạn chế Các enzyme amylase có trong nước bọt, trong dịch tiêu hóa của người và động vật, trong hạt nảy mầm, nấm sợi, xạ khuẩn, nấm men và vi khuẩn

Amylase là một trong những loại enzyme được ứng dụng rộng rãi nhất trong công nghiệp, y tế và nhiều lĩnh vực kinh tế khác, đặc biệt trong ngành công nghiệp thực phẩm Hiện có 6 loại enzyme Amylase được xếp vào 2 nhóm: Endoamylase (enzyme nội mạch) và Exoamylase (enzyme ngoại mạch)

Endoamylase gồm có: α-amylase (EC 3.2.1.1) và nhóm enzyme khử nhánh Nhóm enzyme khử nhánh này được chia thành 2 loại: Khử trực tiếp là pullulanase (hay α-dextrin 6-glucanohydrolase) (EC 3.2.1.41); khử gián tiếp là transglucosylase (hay oligo-1, 6-glucosidase) (EC 3.2.1.20) và amylo-1,6-glucosidase (EC 3.2.1.10) Các enzyme này thủy phân các liên kết bên trong của chuỗi polysaccharide

Exoamylase: Đây là những enzyme thủy phân tinh bột từ đầu không khử của chuỗi polysaccharide Nhóm này gồm có β-amylase (EC3.2.1.2) và Amyloglucosidase (glucoamylase hay γ-amylase) (EC 3.2.1.3)

Hình 1.8.Các loại enzyme endoamylase và exoamylase

Sự khác biệt giữa các loại enzyme amylase như sau:

Các loại enzyme amylase không chỉ khác nhau về đặc tính mà còn khác nhau ở pH hoạt động và tính ổn định với nhiệt

Tốc độ phản ứng của amylase phụ thuộc vào pH, nhiệt độ, mức độ polyme hóa của cơ chất Các enzyme amylase có nguồn gốc khác nhau sẽ có tính chất, cơ chế tác dụng và sản phẩm cuối cùng của thủy phân khác nhau

Amylase có nguồn gốc khác nhau sẽ có thành phần, tính chất, nhiệt độ hoạt động, pH tối ưu và các đặc điểm thủy phân khác nhau

a) Enzyme α-amylase (α-1,4-glucanohydrolase) (EC 3.2.1.1)

Cấu tạo: Enzyme α-amylase là protein có phân tử lượng thấp, thường nằm

trong khoảng 50.000 đến 60.000 Dal Có một số trường hợp đặc biệt như α-amylase

từ loài vi khuẩn Bacillus macerans có phân tử lượng lên đến 130.000 Dal Đến

nay, người ta đã biết rất rõ các chuỗi acid amin của 18 loại α-amylase nhưng chỉ

có 2 loại α-amylase là taka-amylase từ Aspergillus oryzae và α-amylase của tụy

lợn được nghiên cứu vể hình thể không gian cấu trúc bậc 3 Gần đây, nghiên cứu

về tính đồng nhất của chuỗi mạch acid amin và về vùng kị nước cho thấy các chuỗi mạch acid amin của tất cả các enzyme α-amylase đều có cấu trúc bậc 3 tương tự nhau

Hình 1.9.Cơ chế tác dụng của enzyme α-amylase lên phân tử tinh bột [20]

Cơ chế tác dụng của α-amylase: α-amylase từ các nguồn khác nhau có

nhiều điểm rất giống nhau như có khả năng phân cắt các liên kết α-1,4-glucoside nằm ở phía bên trong phân tử cơ chất (tinh bột hoặc glycogen) một cách ngẫu nhiên, không theo một trật tự nào cả α-amylase không chỉ thủy phân hồ tinh bột

mà nó thủy phân cả hạt tinh bột nguyên, song với tốc độ rất chậm

Quá trình thủy phân tinh bột bằng enzyme α-amylase là quá trình đa giai đoạn: Ở giai đoạn đầu (giai đoạn dextrin hóa): Cơ chất bị thủy phân tạo thành

một lượng lớn dextrin phân tử thấp (α-dextrin), độ nhớt của hồ tinh bột giảm nhanh

(các amylose và amylopectin đều bị dịch hóa nhanh)

Sang giai đoạn 2 (giai đoạn đường hóa): Các dextrin phân tử thấp tạo thành

bị thủy phân tiếp tục tạo ra các tetra-trimaltose không cho màu với iodine Các chất này bị thủy phân rất chậm bởi α-amylase cho tới disaccharide và monosaccharide Dưới tác dụng của α-amylase, amylose bị phân giải khá nhanh thành oligosaccharide gồm 6 – 7 gốc glucose (vì vậy người ta cho rằng α-amylase luôn phân cắt amylose thành từng đoạn 6 - 7 gốc glucopiranose l)

Sau đó, các poliglucose này bị phân cắt tiếp tục tạo nên các mạch polyglucose colagen cứ ngắn dần và bị phân giải chậm đến maltotriose và maltose Qua một thời gian tác dụng dài, sản phẩm thủy phân của amylose chứa 13% glucose và 87% maltose Tác dụng của α-amylase lên amylopectin cũng xảy ra tương tự nhưng không phân cắt được liên kết α- 1,6 - glycoside ở chỗ mạch nhánh trong phân tử amylopectin còn có dextrin phân tử thấp và isomaltose 8%

Tóm lại, dưới tác dụng của α-amylase, tinh bột có thể chuyển thành maltotetrose, maltose, glucose, và dextrin phân tử thấp Khả năng dextrin hóa cao của α-amylase là tính chất đặc trưng của nó Vì vậy, người ta thường gọi loại amylase này là amylase dextrin hóa hay amylase dịch hóa

b) Enzyme β-amylase (β-1,4-gluca-maltohydrolase) (EC 3.2.1.2)

Cấu tạo: β-amylase xuất hiện phổ biến ở thực vật, đặc biệt là hạt nảy mầm

Ở trong các hạt ngũ cốc nảy mầm, β-Amylase xúc tác sự thuỷ phân các liên kết 1,4 α-glucan trong tinh bột, glucogen và polysaccharide, phân cắt từng nhóm maltose

từ đầu không khử của mạch Maltose được tạo thành do sự xúc tác của β-Amylase

có cấu hình β

Ở ngũ cốc, β-Amylase tham gia vào sự phân giải của tinh bột trong quá trình nảy mầm của hạt Ở lúa, β-Amylase được tổng hợp trong suốt quá trình của hạt và hầu như không được tổng hợp ở hạt khô Ở lúa mạch, enzyme có mặt ở trong hạt khô, nó được tích lũy trong suốt quá trình phát triển của hạt, khi ở dạng liên kết, Enzyme này có trọng lượng phân tử 64.000 Da và khi bị phân cắt bởi một protease sẽ được phóng thích dưới dạng tự do và có khối lượng phân tử 59.000 Da

Cơ chế tác dụng của β-amylase: β-amylase là một exoenzyme Tiến trình

phân giải bắt đầu từ đầu không khử của các nhánh ngoài cùng cơ chất β-Amylase phân cắt các liên kết α-1,4glucoside cách đầu không khử của chuỗi mạch một liên kết α-1,4 glucoside nhưng khi gặp liên kết α-1,4 glucoside đứng kế cận liên kết α-

1,6 glucoside thì nó sẽ ngừng tác dụng Phần polysaccharide còn lại là dextrin phân

tử lớn có chứa rất nhiều liên kết α-1,6 glucoside và được gọi là β-dextrin Cơ chế tác dụng của β-Amylase lên tinh bột:

β-amylase

Tinh bột (glucogen) maltose (54-58%) + β-dextrin (42-46%) Tinh bột bị thuỷ phân đồng thời bởi cả α và β-Amylase thì lượng tinh bột

bị thuỷ phân tới 95%

1.2.2 Enzyme amylase trong gạo lứt nảy mầm

Theo Dong-Hwa Cho và Seung-Taik Lim, những thay đổi trao đổi chất của hạt khô đòi hỏi phải có đủ năng lượng, mà chủ yếu là do sự biến đổi hàm lượng tinh bột trong gạo lứt [11] α-amylase được coi là enzym chính để thủy phân tinh bột Tuy nhiên, trong giai đoạn đầu của sự nảy mầm, sản phẩm glucose tạo ra từ saccarose và maltose do sự thủy phân tinh bột bởi β-amylase là nguồn năng lượng chủ yếu, vì α – amylase hoạt động mạnh hơn ở giai đoạn cuối Có nghiên cứu cho rằng, α – amylase được tạo ra trong quá trình tổng hợp protein vào cuối giai đoạn (sự phát triển của cây con) hơn là tồn tại trước trong hạt, mặc dù trong hạt khô có tồn tại một lượng nhỏ enzyme Ngược lại, β-amylase theo trình tự phá vỡ tinh bột thành maltose, một lượng lớn xuất hiện trong nội nhũ gạo lứt và trở lên hoạt động khi bắt đầu hấp thụ nước Một số kết quả nghiên cứu về sự thay đổi hoạt độ amylase

và protease [11]

Bảng 1.3.Ảnh hưởng của sự nảy mầm đến hoạt động amylase, hoạt tính

protease và hàm lượng tinh bột của gạo lức (BR)

Các kết quả đó cho thấy hoạt độ của enzyme α-amylase tăng rõ rệt theo nhiệt độ và thời gian ủ thích hợp để hạt nảy mầm Theo nghiên cứu của Quản Lê

Hà (1998) trên giống thóc Mộc Tuyền, sau khi ủ thóc ở các nhiệt độ khác nhau (20, 25, 300C) trong 5 ngày, hoạt độ enzym amylase cũng tăng dần từ 200C đến

300C [21].Theo nghiên cứu của Subajiny Veluppillai (2009), tại tỷ lệ gạo lứt nảy mầm cao nhất (77.07%) cho hoạt độ enzym amylase cao nhất (146.06 U/gCK) [22] Theo Wipada Wunthunyarat và các cộng sự nghiên cứu trên các loại gạo sáp,

gạo hạt ngắn, gạo hạt trung bình và gạo hạt dài điều kiện nảy mầm trong 4 ngày

và sau đó nghiền và thủy phân ở các nhiệt độ 55, 65, 75 và 850C, trên cơ chất là tinh bột chuẩn, kết quả cho thấy hoạt độ của enzyme amylase tăng lên rõ rệt trong quá trình nảy mầm [23]

Theo Sadia Galani, trong quá trình nảy mầm enzyme chính chuyển hóa tinh bột thành các đường đơn giản cho hạt mầm phát triển là α-amylase α-Amylase chủ yếu thực hiện quá trình này cho đến khi cây mầm trở lên độc lập để quang hợp Khả năng nảy mầm của hạt ngũ cốc có thể phụ thuộc vào mức độ hoạt động của α-amylase, bằng cách nảy mầm, hoạt độ α-amylase được cải thiện làm tăng mức đường hòa tan, giúp kích thích hạt mầm xuất hiện nhanh hơn và đồng nhất [24]

1.2.3 Enzyme thương mại Amylex

Enzyme AMYLEX®4T (Phụ lục 1): Là chế phẩm enzyme α-amylase chịu

nhiệt có nguồn gốc từ vi khuẩn Bacillus licheniformis Dùng trong công nghiệp

sản xuất bia và đồ uống

Lợi ích khi sử dụng:

• Giảm độ nhớt nhanh chóng cho các dung dịch có nồng độ chất rắn cao;

• Cho phép sử dụng được với các loại tinh bột có nhiệt độ hồ hóa cao;

• Cho phép sử dụng tỉ lệ các loại nguyên liệu thay thế (như: gạo, đại mạch,

…)

• Dịch hóa tinh bột hiệu quả cao;

• Giảm nguy cơ sót tinh bột trong dịch đường

• Nhiệt độ thủy phân thích hợp: 900C

• Hoạt tính α-amylase ≥ 24 540 IU/g

• pH 5.5 – 6.5

Khuyến cáo nên cho thêm AMYLEX®4T vào nồi nấu ngũ cốc trước khi nấu hoặctrong nồi đường hóa để ngăn ngừa nguy cơ sót tinh bột trong dịch đường, tùy thuộctheo quy trình chế biến

Trong sản xuất các loại đồ uống có cồn, khuyến cáo nên cho thêm AMYLEX®4T trước vào nồi nấu bột trước khi nấu và/hoặc trong quá trình dịch hóa tùy thuộc theo quy trình chế biến Đây là sản phẩm enzyme nội bào, nhanh

chóng làm giảm độ nhớt của hỗn hợp tinh bột bằng cách thủy phân ngẫu nhiên tinh bột, glycogen và các sản phẩm khác trong α-1,4 glucosidic để tạo ra dextrin hòa tan và oligosaccharides Khi sử dụng sản phẩm enzyme này, không cần bổ sung canxi trong quá trình thủy phân tinh bột Đây là dòng enzyme có hoạt lực mạnh, tính ổn định nhiệt cao và khoảng pH hoạt động rộng

1.3 Lên men ngũ cốc tạo đồ uống có độ cồn thấp sử dụng hệ vi sinh vật

1.3.1 Vi khuẩn thường dùng trong lên men tạo đồ uống

Vi khuẩn Leuconostoc

Leuconostoc là liên cầu khuẩn lên men lactic dị hình, ngoài acid lactic còn

sinh ra một lượng lớn acid acetic, cồn Một số đặc trưng của giống Leuconostoc

làm cho nó có vị trí quan trọng trong sản xuất thực phẩm như: tạo diacetyl, chịu

đựng nồng độ muối cao Leuconostoc mesenteroides phát triển tốt nhất ở 300C, nhưng có thể tồn tại ở nhiệt độ từ 100C đến 300C Độ pH tối ưu của nó là 5,5, nhưng vẫn có thể cho thấy sự tăng trưởng về độ pH từ 4,5-7,0 [25]

Leuconostoc mesenteroides thường được dùng ở giai đoạn đầu của sự lên

men lactic Sự chịu đựng được ở những nồng độ đường cao đến 55 – 60% (đối với

Leuconostoc mesenteroides) làm cho vi khuẩn có thể phát triển trong xiro bán lỏng

Giống Saccharomyces cerevisiae có nhiều tính chất ưu việt và được ứng

dụng rộng rãi Ngoài việc ứng dụng trong lên men rượu, bia, nước giải khát, sản xuất bánh mỳ…nó còn được ứng dụng vào sản suất ra sinh khối nấm men vì tế bào của chúng có chứa rất nhiều protein chiếm tới 50% khối lượng tế bào Từ những tính năng ưu việt của chủng nấm men này đặc biệt là khả năng tổng hợp protein của chúng

Saccharomyces cerevisiae có khả năng hấp thụ và chuyển hoá các chất rất

nhanh như: Tốc độ phân giải đường lactose của chúng trong 1 giờ lớn hơn từ 100 – 10.000 lần so với khối lượng của chúng, đặc biệt tốc độ tổng hợp protein của nấm men cao gấp 1000 lần so với đậu tương, hàm lượng protein đạt tối đa tới 50% khối lượng khô của chúng Ngoài ra chúng còn chứa nguồn vitamin nhóm B khá

phong phú, đây là nguồn vitamin rất quan trọng cho cơ thể Chúng có khả năng

thích ứng với môi trường rất nhanh kể cả những nơi có môi trường khắc nghiệt

1.3.3 Ứng dụng tổ hợp nấm men và vi khuẩn trong lên men ngũ cốc tạo đồ uống

Hiện nay,việc sử dụng tổ hợp nấm men Saccharomyces và vi khuẩn

Lactobacilli khá phổ biến trong sản xuất các loại đồ uống hoặc cháo dinh dưỡng

từ ngũ cốc Các sản phẩm này có nhiều lợi ích cho sức khỏe và được ưa thích trên

thị trường Trên bảng 1.4 thể hiện đặc tính một số sản phẩm đồ uống ít cồn từ ngũ

Hỗn hợp nấm men

Saccharomyces và vi khuẩn

Lactobacilli

Kaffir có vị chua và có thành phần rượu 2 – 5% vol

Bushera

[27]

Bột kê hoặc Cao lương

Lactobacilli, Lactococcus, Leuconostoc, Enterococcus and Streptococcus, Lb brevis

Đồ uống truyền thống được pha chế ở vùng cao nguyên phía Tây của Uganda

Boza

[28]

Ngô, lúa mì, lúa mạch đen, kê và các loại ngũ cốc khác

Lb plantarum, Lb

acidophilus, Lb fermentum,

Lb aphrophilus, Lc raffi nolactis, Lc mesenteroides,

Lb brevis, Saccharomyces cerevisiae, Candida tropicalis, Candida glabrata, Geotrichum penicillatum and Geotrichum candidum

Sản phẩm lên men truyền thống có nguồn gốc từ Thổ Nhĩ Kỳ, Romania, Albania và Bulgaria

Kvass

[29]

Malt đại mạch, malt lúa mạch đen

và bột mỳ, thường được

bổ sung thêm bạc hà

Saccharomyces và vi khuẩn Lactobacilli Đây là loại đồ

uống lên men phối hợp cả lên men rượu và lên men lactic

Kvass có nhiều loại với thành phần trung bình : Nồng độ chất khô (xác định bằng sacaromet) 5-6%, độ chua 2-

3 độ A, rượu etylic 0,3 – 0,5

% Vol

Ogi [31] Ngô, kê, cây

bo bo

Lb plantarum, Lb fermentum, Leuc mesenteroides and Sacch cerevisiae

Bữa sáng phổ biến và thực phẩm bổ sung cho trẻ nhỏ ở một số nước Tây Phi

Có thể thấy rằng các loại đồ uống trên đều được lên men bởi tổ hợp vi sinh

vât nấm men, vi khuẩn Tương tác giữa nấm men và vi khuẩn trong quá trình lên

men khá phức tạp, tuy nhiên có nhiểu nghiên cứu đã chứng minh được tính ưu việt

của việc sử dụng tổ hợp trong việc tạo hương, vị và các chất dinh dưỡng quý cho

sản phẩm lên men

1.3.1 Quy trình sản xuất một số loại đồ uống lên men không cồn hoặc ít cồn

Một số sản phẩm đồ uống ít cồn tiêu biểu sử dụng tổ hợp vi sinh vật để lên

men có thể kể đến là Boza, Amazake, Sobia…

a) Đồ uống Boza [28]

Boza là đồ uống thông dụng ở Anbani, Bulgari, Serbia, Montenegro,

Macedonia, Thổ Nhĩ Kỳ Thức uống này được làm từ bột bắp, lúa mì và gạo, là

chất lỏng có độ nhớt cao, chứa acid lactic và cồn khoảng dưới 1% được tạo ra trong

quá trình lên men Boza có màu vàng nhạt, vị chua ngọt tùy theo các nước khác

nhau [32]

Quy trình sản xuất: Bột bắp, bột mì, bột gạo được phối trộn tương ứng với

tỷ lệ (2 : 1 : 1) → nấu sôi hỗn hợp với 5 lần nước trong 1 giờ, khuấy liên tục →

làm mát về nhiệt độ phòng qua đêm → chất sệt được pha loãng với tỷ lệ 2,5 : 1;

thêm 20% đường và trộn kỹ → cấy 2% chủng từ Boza mua thành phẩm ở chợ →

vô trùng bình tam giác 1 lít chứa 500ml hỗn hợp đã cấy chủng → nuôi ở 300C

Quá trình lên men được theo dõi trong vòng 40 giờ

b) Đồ uống Amazake

Đây là loại rượu của Nhật Bản được lên men từ gạo mà chủ yếu là gạo lức

Amazake sử dụng Lactobacillus làm vi sinh vật lên men Sản phẩm có tinh bột,

oligosarccharide, lactose, sữa nguyên kem [33]

Vật liệu và phương pháp: Chúng tôi trình bày thứ đồ uống tương tự Amazake của tác giả Yuij ODA và các cộng sự:

Gạo (16g) ngâm trong 24 ml nước cất trong 30 phút → nấu chín ở 1050C

trong 20 phút → làm lạnh, thêm dung dịch nuôi cấy Lactobacillus amylovorus →

đường hóa ở 550C trong 24 giờ ở pH 4.2 → sản phẩm

Môi trường nuôi Lactobacillus amylovorus gồm: 2% sữa không kem, 0,1%

cao men (pH 6,8), 1% glucose, sucrose, tinh bột hoặc bắp khô, nước 100ml Khử trùng ở 1050C trong 30 phút (nếu dùng bắp thì khử trùng ở 1500C trong 4 giờ) Khảo sát sự tác động của nguyên liệu và điều kiện lên men

Từ kết quả khảo sát tác động của nhiệt độ lên pH, nồng độ acid lactic và nồng độ đường hòa tan trong dịch thu được cho thấy sự đường hóa ở 370C và 450C trong 24 giờ, vi khuẩn lactic đã tạo acid lactic một cách có hiệu quả từ đường (thủy phân từ tinh bột của gạo nấu chín) Hậu quả là dịch chứa nồng độ cao acid lactic làm xấu đi giá trị cảm quan và vị chua quá mạnh không thể chấp nhận Ngược lại, dịch đường hóa ở 600C, không còn vị chua cho sự lên men lactic acid bị ức chế bởi nhiệt độ cao Điều kiện tốt nhất là nhiệt độ đạt 550C, pH 4.2, hàm lượng acid lactic

là 1,89g/ml và hàm lượng chất khô hòa tan của dung dịch đường là 8,7 [33]

c) Đồ uống Sobia

Sobia là loại đồ uống được lên men từ bột malt và bột mì Sản phẩm Sobia

có pH nằm trong khoảng từ 3.37 - 5.53, nồng độ acid lactic từ 0,1 - 0,3% [34]

Quy trình sản xuất: Bột Malt (150 - 200g) + bột mì (150 - 200g) → thêm nước (8 - 10 lít) → trộn → lọc qua vải thưa → thêm đường (7 - 10%) → thêm quế

và bạch đậu khấu →trộn → lên men ở nhiệt độ ấm (30 - 400C) trong 24 giờ → sản phẩm

Khảo sát hàm lượng vi sinh vật hiện diện trong 14 mẫu Sobia cho thấy: Tổng số vi khuẩn hiếu khí từ 4,17 - 8,09 log CFU/ml, trong khi đó vi khuẩn lactic

tìm được từ 4,01 - 8,19 log CFU/ml, Coliform từ 0,67 - 3,84 log CFU/ml, nấm men

và mốc chiếm từ 3,06 - 6,29 log CFU/ml Trong số 12 vi khuẩn lactic đã được phân

lập 86% là Lactobacillus spp Gồm 96 thể phân lập và những loài vi khuẩn khác

với tỷ lệ xác định

Ở tất các mẫu Sobia, pH đều nằm trong khoảng từ 3,37 - 5,53 Nồng độ acid lactic từ 0,1 - 0,3% Kết quả nghiên cứu cho thấy sự lên men Sobia chính là sự lên men acid lactic

1.3.2 Tình hình nghiên cứu đồ uống từ gạo lứt

Tình hình nghiên cứu sản xuất đồ uống từ gạo lứt trên thế giới và ở Việt Nam

Trên thế giới

Hiện nay ở một số nước như Nhật Bản, Thái Lan, Trung Quốc, đã có các sản phẩm đồ uống từ gạo lứt Các loại đồ uống này thường được pha chế từ bột gạo lứt, sữa bột và các nguyên liệu khác Sản phẩm đồ uống lên men từ gạo lứt nảy mầm rất ít hoặc không có Tại Nhật Bản Yoshiichi Takubo đã nghiên cứu nước uống từ gạo lứt, gạo lứt nảy mầm, sản phẩm được gọi là “sữa gạo lứt” có giá trị dinh dưỡng cao [35], [36], [37], [38], [39], [40]

Tình hình nghiên cứu ở Việt Nam

Ở Việt Nam, từ xưa đến nay đều đã quen với loại lương thực từ gạo, nhưng

sử dụng gạo lứt để tăng cường sức khỏe và hạn chế bệnh tật thì không phải ai cũng biết Gần đây nhất với sự phát triển mạnh mẽ của khoa học kỹ thuật và mạng thông tin liên lạc chúng ta biết đến các phương pháp thực dưỡng Ohsawa

Những năm gần đây, có một số nghiên cứu về sử dụng gạo lứt để làm nước uống lên men như chế biến đồ uống lên men lactic từ gạo lứt Nguyên liệu gạo lứt

được cho lên men lactic, với tác nhân vi sinh vật tham gia là Lactobacillus

acidophilus Gạo lứt sau khi ngâm và nấu chín thành dịch gạo, bổ sung đường và

lên men trong 24 giờ, ở pH 4,8 – 5,0, nhiệt độ là 370C, thu được nước uống [41], [42]

Theo nghiên cứu từ đề tài: “ Thử nghiệm tạo thức uống lên men lactic từ gạo lứt” của Nguyễn Thị Quỳnh Ly năm 2013 thì đồ uống được chế biến từ nguyên

liệu gạo lứt lên men lactic, với tác nhân vi sinh vật là Lactobacillus acidophilus

Gạo lứt sau khi ngâm và nấu chín thành dịch gạo, bổ sung đường và lên men trong

24 giờ, ở pH 4.8 – 5.0, nhiệt độ là 370C Đồ uống có vị chua ngọt nhẹ và cung cấp

1 lượng vi khuẩn sống từ 107–108 CFU/ml Sản phẩm giữ được tình trạng tốt nếu được bảo quản ở nhiệt độ lạnh từ 4 – 60C trong vài tuần [43]

Theo kết quả nghiên cứu của đề tài: Nghiên cứu và phát triển quy trình công nghệ sản xuất gạo mầm và ứng dụng trong sản xuất đồ uống từ chương trình KC.07.TN02/11-15 do Cung Thị Tố Quỳnh làm chủ nhiệm đề tài tại Trường Đại học Bách khoa Hà Nội năm 2012 đã xây dựng được: Quy trình công nghệ sản xuất

gạo mầm từ gạo lứt Việt Nam; đề tài đã thu được gạo có hàm lượng GABA cao hơn so với nguyên liệu đầu 5 lần ( đạt từ 140 – 150ppm ) [44]

Nhận xét chung: Từ tổng quan trên có thể thấy rằng việc nghiên cứu tạo ra

đồ uống ít cồn từ GBR sử dụng tổ hợp nấm men, vi khuẩn để lên men có ý nghĩa khoa học và thực tiễn Từ các số liệu tham khảo của các đồ uống lên men ít cồn từ ngũ cốc có thể đưa ra tiêu chí mong muốn của sản phẩm thu được như sau:

Bảng 1.5.Tiêu chí mong muốn của sản phẩm

CHƯƠNG 2 VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

2.1 Vật liệu và hóa chất

Vật liệu

Giống gạo: Gạo lứt Anh Đào được lấy từ Phòng thí nghiệm bộ môn Công nghệ Sinh học C10-101, Viện Công nghệ Sinh học và Công nghệ Thực phẩm Bảo quản ở nhiệt độ -200C

Gạo lứt Anh Đào nảy mầm được chuẩn bị theo phương pháp của Shoichi

Ito and Yukihiro Ishikawa , giữ trong tủ lạnh tối đa 72 giờ ở 40C [45]

Trong nghiên cứu này tôi lựa chọn nấm men Saccharomyces cerevisiae 28

và vi khuẩn Leuconostoc mesenteroides

Nấm men S cerevisiae 28 có đặc tính: Được sử dụng trong sản xuất rượu

vang, lên men nhanh, độ cồn thấp và tạo hương vị tốt

Vi khuẩn L mesenteroides có đặc tính:

+ Có thể chung sống với nấm men S cerevisiae 28

+ Khi đồng lên men, phát triển ổn định trong môi trường dịch gạo lứt nảy mầm cùng với nấm men

+ Khi đồng lên men, vi khuẩn cho lượng sinh khối là lớn nhất

Các chủng vi sinh vật thuần chủng do phòng thí nghiệm thuộc Viện Công nghệ sinh học và Công nghệ thực phẩm, trường Đại học Bách Khoa Hà Nội cung cấp, được giữ giống ở nhiệt độ 40C trong 1 tháng, sau đó được cấy truyền để giữ giống

Tổ hợp nấm men S cerevisiae 28 và vi khuẩn Leuconostoc mesenteriodes là

phù hợp với các tiêu chí của sản phẩm

Thiết bị và dụng cụ

Bảng 2.1.Danh mục thiết bị và dụng cụ

STT Thiết bị và dụng cụ STT Thiết bị và dụng cụ

1 Máy xát thóc Satake 9 Cánh khuấy

Môi trường nuôi cấy vi sinh vật:

+ Nấm men: Môi trường Sabouraud

Bảng 2.3.Thành phần môi trường Sabouraud

2.2 Các phương pháp nghiên cứu

• Xác định hàm lượng đường khử sử dụng thuốc thử DNS [47]

• Phương pháp xác định pH:

pH của dịch được đo bằng máy đo pH Hanna 211 của Ý

• Phương pháp xác định độ acid của dịch lên men:

Xác định theo phương pháp chuẩn độ bằng NaOH 0.1N tham khảo TCVN

5564 : 2009 (Bia - Xác định độ acid) [48] Độ acid hay 0T (Tenera) được biểu thị bằng số mililit dung dịch NaOH 0,1 M đã dùng để trung hòa 100 ml dịch lên men Lấy 10ml dịch sau lên men + 90ml nước cất + 1 vài giọt chất chỉ thị metyl da cam lắc đều Đổ dung dịch NaOH 0,1N vào buret, cho xuống từng giọt vào bình tam giác chứa các dung dịch trên, lắc đều