Khảo sát các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình nảy mầm của gạo lứt nhằm hoàn thiện quy trình sản xuất gạo nảy mầm

TÊN ĐỀ TÀI: Khảo sát các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình nảy mầm của gạo lứt nhằm hoàn thiện quy trình sản xuất gạo nảy mầm.. - Khảo sát ảnh hưởng của quá trình phun ẩm kết hợp ngâm acid

ĐAI HỌC QUỐC GIA TP.HCM TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP.HCM CỘNG HOÀ XÃ HỘ CHỦ NGHĨA VIỆT NAM TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA Độc lập – Tự do – Hạnh phúc

NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ

Họ và tên học viên: Thi Đình Nguyên MSHV: 1110209

Ngày, tháng, năm sinh: 13 – 07 – 1988 Nơi sinh: Lâm Đồng

Chuyên ngành: Công nghệ thực phẩm Mã số: 60 54 02

I TÊN ĐỀ TÀI: Khảo sát các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình nảy mầm của gạo lứt nhằm hoàn thiện quy trình sản xuất gạo nảy mầm

NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG:

- Khảo sát các tính chất chung của gạo như: thành phần hóa học cơ bản, tỷ lệ thu hồi gạo sau khi tách vỏ trấu, khả năng nảy mầm của gạo sau khi tách vỏ trấu

- Khảo sát ảnh hưởng của acid glutamic lên hàm lượng GABA trong quá trình nảy mầm

- Khảo sát ảnh hưởng của quá trình phun ẩm kết hợp ngâm acid glutamic lên hàm lượng GABA trong quá trình nảy mầm

- Khảo sát ảnh hưởng của ánh sáng đến hàm lượng GABA trong quá trình nảy mầm

- Khảo sát ảnh hưởng của chất kích thích sinh trưởng lên hàm lượng GABA trong quá trình nảy mầm

II NGÀY GIAO NHIỆM VỤ: 21 – 1 – 2103

III NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ: 21 – 6 – 2013

IV CÁN BỘ HƯỚNG DẪN: TS LẠI QUỐC ĐẠT

Tp HCM, ngày 29 tháng 7 năm 2013

(Họ tên và chữ ký) (Họ tên và chữ ký)

TRƯỞNG KHOA KỸ THUẬT HOÁ HỌC

(Họ tên và chữ ký)

Công trình được hoàn thành tại: Trường đại học Bách Khoa – ĐHQGTPHCM

29 tháng 7 năm 2013

Thành phần Hội đồng đánh giá luận văn thạc sĩ gồm:

1 Chủ tịch Hội đồng: TS Đặng Quốc Tuấn

2 Phản biện 1: PGS TS Nguyễn Hoàng Dũng

NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

Tp Hồ Chí Minh, ngày tháng năm 2013

NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

Tp Hồ Chí Minh, ngày tháng năm 2013

LỜI CẢM ƠN

Trong suốt khoảng thời gian học tập và rèn luyên dưới mái trường Bách Khoa, nhờ sự tận tình dạy bảo, giúp đỡ và dìu dắt của quý thầy cô, em đã trưởng thành hơn rất nhiều trong học tập, trong công việc và trong cuộc sống Em xin gửi lời cảm ơn chân thành nhất đến tất cả các quý thầy cô trong trường Đại học Bách Khoa và đặc biệt là các thầy cô trong Bộ môn Công nghệ Thực phẩm, những người

đã dạy em những kiến thức nền tảng vững vàng nhất để trở thành một kỹ sư trẻ trong tương lai

Em cũng xinh gửi lời cảm ơn chân thành và sâu sắc đến thầy TS Lại Quốc Đạt, vì sự tân tình chỉ bảo, tạo mọi điều kiện thuận lợi nhất và luôn sẵn sàng hướng dẫn em trong suốt thời gian học tập và làm luận văn, giúp em hoàn thành tốt nhất luận văn của mình

Con xin cảm ơn bố mẹ luôn ở bên cạnh con, hết lòng yêu thương, chăm só và

cổ vũ tinh thần cho con, giúp con vượt qua được những giai đoạn khó khăn nhất trong công việc cũng như trong cuộc sống

Tôi xin gửi lời cảm ơn đến các bạn lớp HC06TP, đặc biệt là những người bạn cùng làm chung phòng Vi Sinh đã giúp đỡ tôi rất nhiều trong quá trình làm đề tài, giúp tôi hiểu ra được giá trị của tình bạn chân thành

Tp Hồ Chí Minh, ngày 14 tháng 7 năm 2013

Thi Đình Nguyên

TÓM TẮT Gạo nảy mầm là một trong những loại thực phẩm chức năng rất tốt cho sức khoẻ của con người Nếu được sử dụng hằng ngày, gạo nảy mầm có thể ngăn ngừa được một số loại bệnh như: stress, cao huyết áp, nhức đầu, giảm các chứng mất ngủ

và rối loại thần kinh… Bên cạnh việc mang một hàm lượng GABA cao, gạo nảy mầm còn chứa một số chất mang hoạt tính sinh học có giá trị cao như: tocotrienols, γ-oryzanol… cao hơn hẳn so với gạo trắng bình thường Trong quá trình nảy mầm, hạt gạo sẽ xảy ra các quá trình sinh tổng hợp, làm tăng giá trị dinh dưỡng của hạt gạo Trong đề tài, chúng tôi đã khảo sát các yếu tố ảnh hưởng đến hàm lượng GABA trong quá trình nảy mầm của gạo lứt OM 4900; nhằm hoàn thiện quy trình sản xuất gạo này mầm Đề tài sẽ tiến hành khảo sát biến đổi của hàm lượng GABA, amino acid, đường khử trong quá trình nảy mầm để đánh giá chất lượng của sản phẩm Sau khi tiến hành khảo sát các yếu tố ảnh hưởng đến hàm lượng GABA trong quá trình nảy mầm, kết quả được trình bày như sau:

- Gạo nảy mầm, thu được từ quy trình sản xuất gạo nảy mầm dựa trên các kết quả nghiên cứu của Komatsuzaki và cộng sự (2007), sẽ có hàm lượng GABA cao nhất sau 24 giờ nảy mầm là 5.24 mg/100g chất khô, đường khử là: 1.547 %w/w, amino acid: 195.51 mg/100g

- Khảo sát ảnh hưởng của acid glutamic lên hàm lượng GABA trong quá trình nảy mầm, hàm lượng GABA thu được cao nhất khi bổ sung 200 ppm aicd glutamic vào dịch ngâm là: 8.48 mg/100g chất khô, lượng đường khử là: 2.234 % w/w, amino acid là: 226.74 mg/100g

- Khảo sát ảnh hưởng của quá trình phun ảm kết hợp ngâm acid glutamic, hàm lượng GABA thu được cao nhất sau 24 giờ nảy mầm là: 12.45 mg/100g chất khô, hàm lượng đường là 2.093 % w/w, hàm lượng amino acid là: 293.93 mg/100g chất khô

- Khảo sát ảnh hưởng của ánh sáng đến hàm lượng GABA trong quá trình nảy mầm: hàm lượng GABA thu được cao nhất với điều kiện có ánh sáng

sau 18 giờ nảy mầm là: 12.48 mg/100g chất khô, hàm lượng đường khử là: 1.512 % w/w, hàm lượng amino acid là: 196.73 mg/100g chất khô

- Khảo sát ảnh hưởng của chất kích thích lên hàm lượng GABA trong quá trình nảy mầm, hàm lượng GABA thu được sẽ thấp hơn so với khi không sử dụng chất kích thích, cụ thể: hàm lượng GABA cao nhất ở điều kiện có ngâm chất kích thích chỉ đạt được là 11.34 mg/100g chất khô, đường khử: 2.096 % w/w và hàm lượng amino acid là: 280.36 mg/100g chất khô sau 24 giờ nảy mầm

Qua kết quả của các khảo sát ảnh hưởng của các yếu tố lên hàm lượng GABA trong quá trình nảy mầm, quy trình sản suất có một số cải tiến như sau: ngâm gạo trong vòng 6 giờ ở nhiệt độ 36oC, bổ sung 200 ppm acid glutamic vào dịch ngâm, tiến hành nảy mầm ở 35oC với chế độ phun ẩm và ánh sáng liên tục, sấy gạo ở 60oC trong cho đến khi hàm ẩm nhỏ hơn 14% w/w Sản phẩm thu được sẽ có hàm lượng GABA: 12.48 mg/100g chất khô, lượng đường khử là 1.512% w/w, lượng amino acid là: 196.73 mg/100g chất khô

ABSTRACT Germinated brown rice (GBR), is one of the functional foods, are good for health If used daily, GBR can prevent a lot of diseases such as: stress, high blood pressure, headaches, reducing insomnia and neurological disorders… In addition bringing a high concentration of GABA , GBR also contains a lot of high value bioactive compounds such as: tocotrienols, γ-oryzanol higher than normal white rice During germination, biochemical processes in grain will increase the nutritional value of rice In this study, we have investigated the factors that affect on GABA content in the germination of brown rice OM 4900, in order to complete the GBR process The study will investigate the changing of GABA levels, amino acids and reducing sugars during germination to estimate the quality of the product After conducting a survey of factors affecting on GABA content in the germination process, the results are presented as follows:

- GRB, resulting from the process of germinating rice production based on the results of the study Komatsuzaki et al (2007), have the highest concentration of GABA after 24 hours of germination is 5.24 mg/100 g dry matter , the reducing sugars is 1,547% w / w, amino acid: 195.51 mg/100g dry matter

- Survey of the effects of glutamic acid on the levels of GABA in the germination process, the highest GABA concentrations obtained when adding

200 ppm acid glutamic in soaking water is 8.48 mg/100 g dry matter, reducing sugar is 2,234 % w/w, the amino acid is 226.74 mg/100g dry matter

- Survey of the effects of humidification process combines addition glutamic acid in soaking water, the highest GABA concentrations obtained after 24 hours germination is 12.45 mg/100g dry matter, reducing sugar is 2.093% w/w, the amount of amino acid is 293.93 mg/100 g dry matter

- Survey of the effects of light on GABA levels in the germination process: the highest GABA concentrations obtained with light conditions after 18 hours of germination is 12.48 mg/100 g dry matter, reducing sugar content is 1.512% w/w, amino acid content is 196.73 mg/100 g dry matter

- Survey of stimulant effects on the levels of GABA in the germination process, GABA concentrations obtained is lower than when not using stimulants, namely: the highest levels of GABA in the soaking with stimulants is only achieved 11.34 mg/100g dry matter, reducing sugars: 2.096% w/w and amino acid content is 280.36 mg/100 g dry matter after 24 hours of germination

The result of the survey of the factors affecting on GABA content in the germination process, production process has some improvements as follows: Soaking rice for 6 hours at a temperature of 36oC, added 200 ppm glutamic acid, germinating at 35°C with continuous humidification mode and light, drying rice at 60°C until the moisture content below 14% w/w GBR will have GABA levels: 12.48 mg/100g dry matter, reducing sugar: 1.512% w/w, the amount of amino acid: 196.73 mg/100 g dry matter

MỤC LỤC

CHƯƠNG 1: MỞ ĐẦU 1

1.1 Giới thiệu chung 1

1.2 Mục đích nghiên cứu 4

1.3 Nội dung nghiên cứu 4

CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN 5

2.1 Tình hình sản xuất và tiêu thụ lúa gạo trên thế giới và Việt Nam 5

2.2 Cấu tạo hạt lúa 6

2.2.1 Phần vỏ ngoài 7

2.2.2 Phần hạt gạo bên trong 8

2.3 Quá trình nảy mầm 10

2.3.1 Các giai đoạn nảy mầm 10

2.3.2 Những biến đổi xảy ra trong quá trình nảy mầm 11

2.3.2.1 Hoạt động của các hormone trong suốt quá trình nảy mầm 12

2.3.2.2 Hệ enzyme trong quá trình nảy mầm 13

2.3.3 Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình nảy mầm 15

2.3.3.1 Nước 15

2.3.3.2 Nhiệt độ 16

2.3.3.3 Ánh sáng 17

2.3.3.4 Không khí 17

2.4 Cơ chế hình thành GABA 18

2.5 Thành phần hoá học và tiềm năng dinh dưỡng của gạo nảy mầm 22

2.5.1 Thành phần hoá học của gạo nảy mầm 22

2.5.2 Tiềm năng dinh dưỡng của gạo nảy mầm 27

CHƯƠNG 3: NHỮNG NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM 29

3.1 Nội dung nghiên cứu 29

3.1.1 Khảo sát nguyên liệu 29

3.1.1.1 Mục đích 29

3.1.1.2 Nội dung thực hiện 29

3.1.2 Đề xuất quy trình công nghệ sản xuất gạo nảy mầm 31

3.1.2.1 Mục tiêu 31

3.1.2.2 Nội dung thực hiện 31

3.1.3 Khảo sát ảnh hưởng của nồng độ acid glutamic đến hàm lượng GABA trong quá trình nảy mầm 34

3.1.3.1 Mục đích 34

3.1.3.2 Nội dung thực hiện 35

3.1.4 Khảo sát ảnh hưởng của phương pháp phun ẩm trực tiếp đến hàm lượng GABA trong quá trình nảy mầm 35

3.1.4.1 Mục đích 35

3.1.4.2 Nội dung thực hiện 36

3.1.5 Khảo sát ảnh hưởng của ánh sáng tới hàm lượng GABA trong quá trình nảy mầm 36

3.1.5.1 Mục đích 36

3.1.5.2 Nội dung thực hiện 37

3.1.6 Khảo sát ảnh hưởng của nồng độ chất kích thích nảy mầm lên hàm lượng GABA trong quá trình nảy mầm 38

3.1.6.1 Mục đích 38

3.1.6.2 Nội dung thực hiện 39

3.2 Các phương pháp phân tích 39

3.2.1 Phương pháp xác định hàm ẩm 39

3.2.2 Phương pháp xác định tỉ lệ nảy mầm 39

3.2.3 Phương pháp xác định hàm lượng tro 40

3.2.4 Phương pháp xác định hàm lượng amino acid tổng 40

3.2.5 Phương pháp xác định hàm đưởng khử 40

3.2.6 Phương pháp xác định hàm lượng GABA 40

3.3 Hóa chất và thiết bị sử dụng 40

3.3.1 Hóa chất 40

3.3.2 Thiết bị 41

CHƯƠNG 4: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 42

4.1 Khảo sát nguyên liệu lúa giống ban đầu 42

4.1.1 Tỉ lệ thu hồi gạo sau khi xát 42

4.1.2 Thành phần hoá học của nguyên liệu 42

4.1.3 Tỉ lệ nảy mầm sau khi tách vỏ trấu 43

4.2 Khảo sát hàm lượng GABA, đường khử, amino acid dựa trên quy trình sản xuất gạo nảy mầm đề xuất 43

4.3 Khảo sát ảnh hưởng của acid glutamic lên hàm lượng GABA 46

4.4 Khảo sát ảnh hưởng của quá trình phun ẩm kết hợp ngâm acid glutamic lên hàm lượng GABA 51

4.5 Khảo sát ảnh hưởng của ánh sáng đến hàm lượng GABA trong quá trình nảy mầm 55

4.6 Khảo sát ảnh hưởng của chất kích thích sinh trưởng lên hàm lượng GABA trong quá trình nảy mầm 58

CHƯƠNG 5: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 62

5.1 Kết luận 62

5.2 Kiến nghị 63

TÀI LIỆU THAM KHẢO 64

Hình 1.1: Quy trình sản suất gạo 1

Hình 2.1: Cây lúa Oryza sativa 6

Hình 2.2: Cấu tạo của hạt lúa 7

Hình 2.3: Con đường biến đổi của γ-aminobutyric acid ở thực vật (Bouché và

Fromm, 2004) 19

Hình 2.4: Con đường dị hoá lysine tạo glutamate ở thực vật 21

Hình 3.1: Máy xát vỏ trấu Kett HP-200 30

Hình 3.2: Gạo sau khi được tách vỏ trấu 30

Hình 3.3: Hạt gạo bị gãy còn phôi (a) và mất phôi (b) 31

Hình 3.4: Quy trình công nghệ sản xuất gạo nảy mầm đề xuất 32

Hình 3.5: (a) Đèn Phillip 18 W; (b): Đèn LED 1W 37

Hình 3.6: Gạo được ủ trong tủ INB400 dưới ánh sáng trắng 38

Hình 4.1: Tỉ lệ nảy mầm của lúa giống, gạo lứt trắng và gạo lứt huyết rồng 43

Hình 4.2: Sự thay đổi hàm lượng GABA theo thời gian nảy mầm 44

Hình 4.3: Sự thay đổi hàm lượng amino acid theo thời gian nảy mầm 44

Hình 4.4: Sự thay đổi hàm lượng đường khử theo thời gian nảy mầm 45

Hình 4.5 : Ảnh hưởng của nồng độ acid glutamic lên hàm lượng GABA trong quá trình nảy mầm 47

Hình 4.6: Tỉ lệ tăng GABA theo thời gian nảy mầm khi bổ sung acid glutamic trong dịch ngâm 47

Hình 4.7: Ảnh hưởng nồng độ acid glutamic lên hàm lượng đường khử trong quá trình này mầm 49

Hình 4.8: Ảnh hưởng của nồng độ acid glutamic lên hàm lượng amino acid trong quá trình nảy mầm 50

Hình 4.9: Sự thay đổi hàm lượng GABA theo thời gian ở quá trình nảy mầm 51

Hình 4.10: Tỉ lệ tăng GABA theo thời gian ở quá trình nảy mầm 52

Hình 4.11: Sự thay đổi hàm lượng đường khử theo thời gian 52

Hình 4.12: Sự thay đổi hàm lượng amino acid theo thời gian 53

Hình 4.13: Ảnh hưởng của ánh sáng lên hàm lượng GABA 55

Hình 4.14: Tỉ lệ tăng GABA theo ánh sáng 56

Hình 4.15: Ảnh hưởng của ánh sáng lên đường khử 56

Hình 4.16: Ảnh hưởng của ánh sáng lên hàm lượng amino acid 57

Hình 4.17: Ảnh hưởng của chất kích thích lên GABA 59

Hình 4.18: Tỉ lệ tăng GABA theo chất kích thích 59

Hình 4.19: Ảnh hưởng của chất kích thích nảy mầm lên hàm lượng đường 60

Hình 4.20: Ảnh hưởng của chất kích thích nảy mầm lên hàm lượng amino acid 60

Bảng 2.1: Thành phần hoá học trong hạt lúa 9 Bảng 2.2: Thành phần hoá học của gạo lứt Khao dok mali 105 (Moongngarm, 2012)

9 Bảng 2.3: Nhiệt độ nảy mầm tối ưu ở một số loại thực vật (Vũ Văn Liết, 2007) 16 Bảng 2.4: So sánh thành phần hoá học giữa gạo lứt, gạo trắng và lớp cám gạo

(Nguồn Agricultural Engineering Unit International Rice Research

Institute) 22

Bảng 2.5: Thành phần các hợp chất hoá học trong gạo lứt (UGR), gạo nảy mầm

(GBR), thóc chưa xay vỏ nảy mầm (GRR) và bột thóc (GRP) (Moongngarm và Saetung, 2010) 23 Bảng 2.6: Hàm lượng các amino acid chứa trong các loại gạo (Moongngarm và

Saetung, 2010) 24 Bảng 2.7: Thành phần hoá học của gạo nảy mầm và gạo lứt 25 Bảng 2.8: Hàm lượng GABA thay đổi trong quá trình nảy mầm (Islam và Becerra,

2011) 25 Bảng 2.9: So sánh các hợp chất mang hoạt tính sinh học (mg/100g chất khô) giữa

gạo nảy mầm và gạo chưa nảy mầm (BR) (Moogngarm, 2011) 26 Bảng 2.10: Hoạt tính chống oxy hoá ở gạo lứt nảy mầm (Anu, 2011) 27 Bảng 2.11: Các hợp chất mang hoạt tính sinh học và công dụng của gạo nảy mầm

(Streeter và cộng sự, 2012) 28 Bảng 4.1: Tỉ lệ (% w/w) gạo thu hồi sau khi tách vỏ trấu 42 Bảng 4.2: Thành phần hoá học của gạo giống OM 4900 42

ABA : Acid abscisic

GA : Acid gibberellic

GABA : γ-aminobutyric acid

GABA–T : enzyme GABA transsaminase

ATP : Adenosine triphosphate

NADH : Nicotinamid adenime dinucleotide

TCA : tricarboxylix acid

CHƯƠNG 1: MỞ ĐẦU 1.1 Giới thiệu chung

Gạo là một trong những nguồn lương thực chính của thế giới, đặc biệt là ở các nước Đông, Nam và Đông Nam Châu Á Hạt gạo chứa rất nhiều chất dinh dưỡng cần thiết cho cơ thể, điển hình như các amino acid không thay thế, chất xơ, sắt, vitamin và khoáng Tuy nhiên, trong quá trình chế biến gạo, các chất dinh dưỡng này bị thất thoát đáng kể vì đa số các chất dinh dưỡng này chứa trong lớp cám của hạt gạo; mà lớp cám lại bị loại bỏ trong quá trình đánh bóng hạt gạo

Để có thể giữ được các chất dinh dưỡng bên trong hạt gạo, năm 1970, tại Nhật Bản, đã xuất hiện sản phẩm gạo lứt: là gạo sau khi tách vỏ trấu và vẫn còn giữ được lớp vỏ cám Tại Việt Nam vẫn chưa có định nghĩa rõ ràng về gạo lứt dù sản phẩm này đã được sử dụng rộng rãi

Hình 1.1: Quy trình xay xát gạo

Theo quy trình sản xuất gạo hiện nay, sau khi qua công đoạn đánh bóng hạt gạo thì sẽ làm mất đi lớp cám và mầm gạo Những thành phần này tuy chiếm tỉ lệ khối lượng so với lúa không cao (chỉ khoảng 10% w/w), nhưng chứa hầu hết các chất dinh dưỡng của hạt gạo và các hợp chất có hoạt tính sinh học như: γ-oryzanol, tocopherols và tocotrienols có lợi cho sức khoẻ và có hoạt tính chống oxy hoá (Moongngarm và cộng sự, 2012) Do đó, với quy trình sản xuất lúa hiện tại, một lượng lớn chất dinh dưỡng đã bị tổn thất

Tuy nhiên, gạo lứt vẫn còn nhược điểm là khó chế biến, mùi vị cũng không ngon và cho dù đã nấu trong nồi áp suất nhưng hạt gạo vẫn cứng, khó nhai Do đó,

sự thịnh hành của gạo lứt ở Nhật Bản không duy trì được lâu; gạo lứt không còn được người tiêu dùng ưa chuộng nữa Các nhà khoa học Nhật Bản đã nghiên cứu và

đã cho nảy mầm gạo lứt, tạo thành nên một sản phẩm mới về gạo: gạo nảy mầm Sản phẩm gạo nảy mầm không những đã giải quyết được những nhược điểm trên của gạo lứt, mà còn làm tăng hàm lượng các chất dinh dưỡng vốn có trong gạo lứt như: một vài amino acid thiết yếu, các vitamin nhóm B, các hợp chất có hoạt tính sinh học (Kim và cộng sự, 2012; Moongngarm và Saetung, 2010)

Gạo lứt nảy mầm được xem là một loại thực phẩm chức năng vì gạo dễ tiêu hoá và chứa hàm lượng γ-aminobutyric acid (GABA) và ferulic acid nhiều hơn hẳn

so với gạo lứt ban đầu Quá trình nảy mầm đã làm tăng giá trị dinh dưỡng của hạt gạo (các amino acid, GABA, đường khử…) và các chất có hoạt tính sinh học như các vitamin nhóm B và enzyme

Về giá trị cảm quan, gạo nảy mầm đã khắc phục được những nhược điểm của gạo lứt, gạo nảy mầm có cấu trúc mềm hơn so với gạo lứt (Kayahara và Tsukahara, 2000) Bên cạnh đó, gạo nảy mầm sau khi chế biến sẽ mềm hơn, ngọt hơn và có độ

nở, độ kết dính hơn so với gạo lứt thông thường (Jiamyangyen và Ooraikul, 2008)

Những lợi ích về sức khoẻ mà gạo nảy mầm mang lại đã được nhiều nhà khoa học nghiên cứu trong suốt thập kỷ qua: nếu sử dụng gạo nảy mầm thường xuyên sẽ làm giảm chứng đau đầu, giảm táo bón, ngăn ngừa ung thư ruột kết, điều hoà lượng đường trong máu và ngăn ngừa chứng đau tim Trong gạo nảy mầm còn chứa chất

ức chế enzyme protylendopetidase, ngăn ngừa bệnh Alzheimer (Kayahara và Tsukahara, 2000) Gạo nảy mầm còn có hiệu quả trong việc kiểm soát lượng glucose trong máu sau bữa ăn mà không làm tăng lượng insulin trong máu ở các đối tượng bị tăng đường huyết (Ito và cộng sự, 2005) Bên cạnh việc chứa nhiều chất dinh dưỡng thì gạo nảy mầm còn có chứa 2 hợp chất quan trọng nhất là: GABA và chất xơ GABA là một chất dẫn truyền xung thần kinh, thúc đẩy quá trình truyền tính hiệu ở não, giảm căng thẳng; chất xơ tốt cho hệ tiêu hoá (Hiroshi, 2005)

Gạo nảy mầm lần đầu tiên được công ty Domer (thành phố Ueda, quận Nagano) nghiên cứu và thương mại hóa trên thị trường Nhật Bản vào năm 1995 Cho tới nay, trên thế giới cũng đã có nhiều nước tham gia vào việc sản xuất gạo nảy mầm như Mỹ, Thái Lan, Ấn Độ Phương pháp sản xuất gạo nảy mầm cũng khá đơn giản; gạo lứt được ngâm từ 1 đến 2 ngày tùy vào nhiệt độ môi trường xung quanh, sau đó, cho nảy mầm trong tủ ấm ở nhiệt độ thích hợp với từng loại gạo Quá trình này đã làm thay đổi lượng khoáng bên trong hạt gạo và làm tăng giá trị dinh dưỡng cho gạo lứt, làm cho gạo lứt mềm hơn và dễ chế biến hơn Đối với những cơ sở sản xuất nhỏ hay quy mô gia đình đều có thể áp dụng phương pháp trên để sản xuất gạo nảy mầm; nhưng độ ổn định chất lượng của sản phẩm là không cao Tuy nhiên, trong quá trình chế biến còn có công đoạn ngâm gạo lứt từ 1 đến 2 ngày; chính quá trình này đã làm tổn thất một lượng chất khô đáng kể, đặc biệt là những vitamin nhóm B dễ hoà tan vào trong nước Đây là một vấn đề cần được nghiên cứu và cải tiến thêm

Như vậy, gạo nảy mầm cho thấy một tiềm năng rất lớn trong ngành lương thực thế giới, cung cấp cho người tiêu dùng một loại thực phẩm chức năng có nhiều

giá trị dinh dưỡng và chứa nhiều hợp chất có hoạt tính sinh học hơn loại gạo truyền thống Với một nước sản xuất lúa gạo hàng đầu trên thế giới như Việt Nam, việc đa dạng hóa sản phẩm từ gạo góp phần nâng cao giá trị kinh tế của ngành lương thực, cung cấp thêm cho người tiêu dùng một sản phẩm có giá trị cao về mặt dinh dưỡng 1.2 Mục đích nghiên cứu

Nhằm để góp phần xây dựng và hoàn thiện quy trình công nghệ sản xuất gạo nảy mầm, mục đích nghiên cứu của đề tài này là:

- Khảo sát quy trình sản xuất gạo nảy mầm hiện nay

- Khảo sát các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình sinh tổng hợp GABA và chất lượng của sản phẩm

- Cải tiến một số công đoạn nhằm nâng cao chất lượng của sản phẩm gạo mầm

1.3 Nội dung nghiên cứu

Để đáp ứng được mục đích của đề tài, các nội dung nghiên cứu sau đây sẽ được thực hiện:

- Khảo sát các tính chất chung của gạo: thành phần hóa học cơ bản, tỷ lệ thu hồi gạo sau khi tách vỏ trấu, khả năng nảy mầm của gạo sau khi tách vỏ trấu

- Khảo sát ảnh hưởng của acid glutamic lên hàm lượng GABA trong quá trình nảy mầm

- Khảo sát ảnh hưởng của quá trình phun ẩm kết hợp ngâm acid glutamic lên hàm lượng GABA trong quá trình nảy mầm

- Khảo sát ảnh hưởng của ánh sáng đến hàm lượng GABA trong quá trình nảy mầm

- Khảo sát ảnh hưởng của chất kích thích sinh trưởng lên hàm lượng GABA trong quá trình nảy mầm

CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN 2.1 Tình hình sản xuất và tiêu thụ lúa gạo trên thế giới và Việt Nam

Diện tích trồng lúa trên thế giới đã gia tăng rõ rệt từ năm 2003 đến 2013, chỉ trong vòng 10 năm, diện tích trồng lúa tăng thêm 20 triệu ha Đi cùng với việc tăng diện tích thì năng suất lúa cũng tăng mạnh: năm 2013 năng suất lúa sẽ đạt mức 746.7 triệu tấn, tăng 2.1% so với cùng kì năm 2012 (FAO, 2013) Như vậy, nhu cầu

sử dụng gạo trên thế giới ngày càng tăng

Cuối năm 2012, Việt Nam vẫn là nước xuất khẩu gạo đứng thứ hai trên toàn thế giới Nhưng theo dự báo của các chuyên gia, vào năm 2013 xuất khẩu gạo của Việt Nam sẽ gặp nhiều khó khăn và chịu sự cạnh tranh ngày càng gay gắt (VFA, 2012) Vì vậy, nhất thiết phải chọn một giải pháp cho gạo Việt Nam nhằm đảm bảo lợi ích của người trồng lúa cũng như cho thương mại lúa gạo ổn định

Tính đến ngày 30/05/2013, theo số liệu của Cục Trồng trọt - Bộ Nông nghiệp

và Phát Triển Nông Thôn, các tỉnh, thành phố vùng đồng bằng sông Cửu Long đã thu hoạch dứt điểm vụ Đông Xuân 2013, năng suất khoảng 6,8 tấn/ha, sản lượng đạt khoảng 10,5 triệu tấn lúa Giá lúa khô tại kho khu vực đồng bằng sông Cửu Long thường dao động từ 4.950 – 5.050 đồng/kg, lúa dài khoảng 5.200 – 5.300 đồng/kg Giá gạo nguyên liệu loại 1 làm ra gạo 5% tấm hiện khoảng 6.550 – 6.650 đồng/kg tùy từng địa phương, gạo nguyên liệu làm ra gạo 25% tấm là 6.200 – 6.300 đồng/kg tùy chất lượng và địa phương Giá gạo thành phẩm 5% tấm không bao bì tại mạn hiện khoảng 7.500 – 7.600 đồng/kg, gạo 15% tấm 7.200 – 7.300 đồng/kg và gạo 25% tấm khoảng 6.950 – 7.050 đồng/kg tùy chất lượng và địa phương

So với giá của gạo nảy mầm hiện đang có mặt trên thị trường: 3 – 5 USD/kg thì giá gạo trắng vẫn còn thấp, nếu Việt Nam bắt đầu sản xuất gạo mầm cùng với lợi thế về nguồn nguyên liệu dồi dào thì lợi nhuận thu về từ xuất khẩu gạo sẽ còn tăng

mạnh Đi kèm với đó là việc giải quyết vấn đề thiếu dinh dưỡng trong mỗi bữa ăn ở các nước đang phát triển vì trong gạo nảy mầm chứa rất nhiều chất dinh dưỡng như: amino acid, đường, GABA, vitamine nhóm B…

2.2 Cấu tạo hạt lúa

Lúa là một trong năm loại cây lương thực chính của thế giới, cùng với ngô

(ZeaMays L.), lúa mì (Triticum sp tên khác: tiểu mạch), sắn (Manihot

esculenta Crantz, tên khác khoai mì) và khoai tây (Solanum tuberosum L.)

Hình 2.1: Cây lúa Oryza sativa

Hạt lúa được chia làm hai phần chính:

- Phần vỏ bao bên ngoài bao gồm: vỏ trấu, râu và mày thóc

- Phần hạt gạo bên trong bao gồm: lớp cám, nội nhũ và phôi

Nguồn: International Rice Research Institude

Hình 2.2: Cấu tạo của hạt lúa 2.2.1 Phần vỏ ngoài

Trấu là lớp vỏ ngoài cùng của hạt lúa và được tách ra trong quá trình xay xát

có 2 mảnh: một mảnh to và một mảnh nhỏ ôm lấy nhau Vỏ trấu có màu khác nhau tuỳ theo từng loại giống lúa khác nhau

Trong vỏ trấu chứa khoảng 75% w/w chất hữu cơ dễ bay hơi sẽ cháy trong quá trình đốt và khoảng 25% w/w còn lại chuyển thành tro (Energy Efficiency Guide for Industry in Asia) Chất hữu cơ chứa trong vỏ trấu chủ yếu cellulose, lignin

và hemicellulose (90% w/w), ngoài ra có thêm thành phần khác như hợp chất nitrogen và vô cơ Lignin chiếm khoảng 25-30% w/w và cellulose chiếm khoảng 35-

40% w/w Các chất hữu cơcủa trấu là các mạch polycarbohydrat rất dài nên hầu hết các loài sinh vật không thể sử dụng trực tiếp được, nhưng các thành phần này lại rất

dễ cháy nên có thể dùng làm chất đốt Sau khi đốt, tro trấu có chứa trên 80% w/w là silic oxit, đây là thành phần được sử dụng trong rất nhiều lĩnh vực

Râu: hạ thóc có thể có râu hoặc không có râu ở hạt có râu thì mỏ hạt kéo dài

ra thành râu, màu sắc của vỏ hạt và màu sắc của râu thường cùng một màu Mỏ hạt

là một bộ phận của vỏ trấu to

Mày trấu: mỗi hạt trấu có hai mày trấu dính liền với cuống hạt mày trấu dài hay ngắn tuỳ theo giống

2.2.2 Phần hạt gạo bên trong

Gồm 3 phần: lớp cám, nội nhũ và phôi

Lớp cám có độ dày từ 42 đến 48 µm, chiều dày vỏ cám không những chỉ phụ thuộc vào giống lúa mà còn phụ thuộc nhiều vào điều kiện canh tác Vỏ cám lúa nước (khoảng 30 µm), mỏng hơn vỏ cám hạt lúa cạn (khoảng 40 µm) Cám chiếm từ

6 đến 8% khối lượng của hạt thóc

Một số nguồn tài liệu cho thấy rằng thành phần hoá học của cám gạo biến đổi rất lớn, nguyên nhân chủ yếu là do sự khác biệt trong quy trình xay xát Thành phần hoá học của cám gạo như sau: hàm lượng protein từ 9.8 – 15.4% w/w, chất xơ thô từ 5.7 – 12.9% w/w, chất béo từ 7.7 – 22.4% w/w, tro từ 7.1 – 20.6% w/w (McCall và cộng sự, 1951) Màu sắc lớp vỏ cám tuỳ theo giống: biến đổi từ màu trắng đục sang

đỏ

Nội nhũ được bao bọc bởi lớp vỏ cám, là phần dự trữ dinh dưỡng để nuôi phôi và khi nảy mầm thì cung cấp dinh dưỡng cho phôi phát triển thành cây lúa non

Phần nội nhũ có khối lượng lớn nhất trong hạt lúa, gồm các tế bào lớn chứa đầy các hạt tinh bột, protein, một ít cellulose, chất béo, tro và đường

Phôi ở phía cuối của hạt thóc, khi nảy mầm thì phôi phát triển thành mầm và

rễ để bắt đầu một chu kì mới của cây lúa

Bảng 2.1: Thành phần hoá học trong hạt lúa

Carbo

hydrate

(%)

Protein (%)

Béo (%)

Chất xơ (%)

Sắt (ppm) Chất khác

Nguồn Fiber Ingredients: Food Applications and Health Benefits

Bảng 2.2: Thành phần hoá học của gạo lứt Khao dok mali 105 (Moongngarm, 2012)

Giống gạo Khao dok mali 105

2.3 Quá trình nảy mầm

Quá trình nảy mầm của hạt ngũ cốc xảy ra khi hạt đạt được một độ ẩm thích hợp Chính lượng ẩm này đã kích thích lớp aleuron tiết ra các enzyme thuỷ phân như amylase, protease, phytase và ribonuclease để thuỷ phân các chất dinh dưỡng dự trữ

để tạo ra năng lượng và nguyên liệu; chuẩn bị cho các quá trình sinh tổng hợp khi hạt bước vào giai đoạn nảy mầm (Eugene, 1982)

Hạt lúa khi chín và đã sấy khô có hàm ẩm trung bình khoảng 10 – 13% w/w

Ở điều kiện này, hạt có hoạt tính trao đổi chất thấp nhất, các enzyme gần như bị vô hoạt Tuy nhiên, khi tích lũy đủ lượng ẩm, hạt sẽ bắt đầu nảy mầm Trong giai đoạn đầu của quá trình hạt hút nước nhanh, các enzyme được hoạt hoá, tốc độ hô hấp tăng nhanh, bắt đầu sử dụng các chất dự trữ và xuất hiện rễ mầm Quá trình này gọi là sự nảy mầm (King, 1989; Swiff và O’Brien, 1972)

2.3.1 Các giai đoạn nảy mầm

Các hoạt động diễn ra trong suốt quá trình nảy mầm có thể chia ra làm ba giai đoạn: hút ẩm, pha lag và nảy mầm Giai đoạn đầu tiên là sự di chuyển của nước xuyên qua hạt, sự hấp thu diễn ra khá nhanh vì hạt đang khô Các mô có thể đạt đến 30% w/w ẩm từ một đến hai ngày Tiếp theo là pha lag, lúc đó hạt trương nở, trở nên nặng hơn và quá trình trao đổi chất cũng bắt đầu hoạt động Nếu như tất cả các điều kiện môi trường thích hợp thì hạt sẽ bước vào giai đoạn nảy mầm (Simon, 1984) Trong suốt quá trình nảy mầm, phôi lấy các chất dinh dưỡng trong nội nhũ thông qua lớp biểu bì mô để phát triển Các enzyme khởi xướng quá trình nảy mầm sẽ được hoạt hoá bằng một lượng ẩm thích hợp Tinh bột ở những vùng lân cận phôi sẽ được thuỷ phân thành các đường đơn giản bởi các enzyme thuỷ phân tinh bột và đường được sử dụng để nuôi dưỡng phôi, đồng thời cung cấp năng lượng cho các quá trình trao đổi chất

Sự phân giải của các chất dự trữ (Vũ Văn Vụ, 1998):

- Tinh bột maltose glucose

2(C6H10O5)n + nH2O  nC12H22O11

C12H22O11 + 2H2O  2C6H12O6

- Cellulose glucose

(C6H10O5)n + nH2O  nC6H12O6 Đường glucose sẽ được: hô hấp và tổng hợp với asparagin thành protid mới

- Protein sẽ chia làm 2 phần:

o Một phần giữ nguyên tạo thành hạt aleuron

o Một phần bị phân huỷ bởi protease tạo amoniac và amino acid

- Lipid bị lipase phân huỷ tạo acid béo và glycerol  glucid

- Sử dụng S, P và một số khoáng để tổng hợp tế bào chất và nhân của tế bào mới Trong suốt quá trình nảy mầm, vảy nhỏ có chức năng như là một cơ quan tiêu hoá và hấp thu để chuyển thức ăn từ nội nhũ đến phôi đang phát triển (MacMaster

và cộng sự, 1971)

2.3.2 Những biến đổi xảy ra trong quá trình nảy mầm

Hạt 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 được sử dụng để oxy hoá các chất dự trữ tạo ra năng lượng cần thiết cho hệ enzyme hoạt động Đồng thời, trong tế bào diễn ra sự tổng hợp các chất cần thiết cho mầm phát triển

cellulase

Trong giai đoạn nảy mầm diễn ra quá trình hoạt động mạnh của các enzyme, quá trình thuỷ phân các chất cao phân tử phức tạp thành các chất đơn giản và quá trình sinh tổng hợp các hợp chất mới

2.3.2.1 Hoạt động của các hormone trong suốt quá trình nảy mầm

Quá trình nảy mầm của các hạt ngũ cốc được định nghĩa: là quá trình được khởi đầu bằng sự hấp thu nước và hoàn thành khi xuất hiện các rễ và chồi (Finchet, 1989)

Sau khi hấp thu nước, các hormone tiết ra từ phôi là nguyên nhân dẫn đến quá trình tổng hợp các enzyme thuỷ phân và các enzyme khác Acid gibberellic (GA), acid abscisic (ABA), auxin và cytokinin là các hormone sinh ra trong quá trình phát triển và nảy mầm của hạt Acid gibberellic được tạo ra ở phôi và khuếch tán vào trong lớp aleuron, kích thích sự tổng hợp và tiết ra các enzyme thuỷ phân

GA cũng được tiết thông qua vẩy nhỏ vào trong nội nhũ Acid abscisic đóng vai trò

là chất điều hoà trong quá trình nảy mầm Cytokinin không tham gia vào giai đoạn đầu của quá trình nảy mầm, nhưng có lẽ chúng cần thiết cho sự phát triển của tế bào trong phôi Auxin ảnh hưởng đến vảy nhỏ (Hicran Koc, 2007)

- Acid gibberellic (GA)

Sự hoạt hoá các enzyme trong lớp aleuron được kích thích bởi GA GA được tổng hợp trong các thành phần của phôi và trong vảy nhỏ (Eugene, 1982) GA tiết ra

từ phôi trong suốt giai đoạn đầu của quá trình nảy mầm và khuếch tán vào trong lớp aleuron, thúc đẩy sự huy động của các chất dinh dưỡng dự trữ, sự tổng hợp và tiết ra các enzyme thuỷ phân (Fincher, 1989) GA thúc đẩy sự phân chia các tế bào vì nó kích thích các tế bào ở trạng thái “nghỉ” trong quá trình phân bào bước vào giai đoạn tổng hợp GA cũng thúc đẩy quá trình sinh tổng hợp tinh bột và làm tăng độ dẻo của cho thành tế bào (Liu và Loy, 1976)

GA kích thích lớp aleuron tiết ra các enzyme thuỷ phân tinh bột, protein, phytate, RNA và một số vật chất trong thành tế bào Đồng thời GA còn hoạt hóa một

số enzyme cần thiết cho quá trình tiêu hoá bao gồm β-amylase (đã có sẵn trong hạt), một vài dạng đồng phân α-amylase (được tổng hợp trong lớp aleuron), các ribonuclease, phytase và các protease khác nhau (một số này vừa mới được tổng hợp khi nảy mầm) (Salisbury và Ross, 1978)

- Acid abscisic (ABA)

Trong suốt quá trình phát triển của hạt, ABA tích luỹ trong phôi và nội nhũ, đóng vai trò quan trọng trong việc điều khiển sự chín của phôi và ngăn ngừa sự nảy mầm sớm của hạt đã trưởng thành nhưng vẫn chưa chín về hình thái (King, 1976) Trong các tế bào đang được vô hoạt, hàm lượng acid abscisic tăng gấp 10 lần so với thời kỳ sinh trưởng Sự vô hoạt sẽ kéo dài cho đến khi hàm lượng acid abscisic trong tế bào giảm đến mức tối thiểu Do vậy khi chuyển từ trạng thái vô hoạt sang trạng thái nảy mầm, trong tế bào có sự biến đổi tỷ lệ giữa acid abscisic và gibberellic

2.3.2.2 Hệ enzyme trong quá trình nảy mầm

Các enzyme là thành phần sinh hoá quan trọng nhất hình thành trong quá trình nảy mầm và ảnh hưởng đến chất lượng của hạt gạo mầm Các enzyme thuỷ phân tinh bột được xem là các enzyme chủ yếu tạo ra năng lượng cho cả quá trình, các enzyme thuỷ phân protein cũng rất quan trọng, tạo ra các vật liệu cho quá trình sinh tổng hợp Việc tổng hợp và tiết ra các enzyme xúc tác thuỷ phân các đại phân tử trong nội nhũ, điều khiển các hoạt động của tế bào diễn ra ở lớp aleuron (Fincher, 1989) Vảy nhỏ có vai trò trong quá trình sản xuất và tiết ra các enzyme cũng như hấp thu các sản phẩm phân huỷ từ nội nhũ và vận chuyển chúng đến phôi đang phát triển Các enzyme được tạo ra trong lớp aleuron và mô vảy nhỏ có thể được chia làm

ba nhóm: Các enzyme liên quan đến quá trình trao đổi chất đang diễn ra bên trong tế

bào; các enzyme huy động chất dự trữ từ các tế bào của mô vảy nhỏ và lớp aleuron; các enzyme được tổng hợp và tiết vào trong nội nhũ (Fincher, 1989; Juhasz và cộng

sự, 2005)

- Các enzyme phân huỷ carbohydrate

Các enzyme phân huỷ carbohydrate như α-amylase, β-amylase, cellulase, glucanase, sẽ được tổng hợp từ từ Ban đầu là ở gần kề vảy nhỏ, sau đó là ở gần lớp aleuron; có nhiều enzyme xuất hiện trong lớp aleuron của hạt Khi quá trình nảy mầm diễn ra mạnh, các enzyme xâm nhập vào trong nội nhũ Corder và Henry (1989) nhận thấy rằng hoạt tính của enzyme α-amylase tăng trong bốn ngày đầu nảy mầm

- Các enzyme phân huỷ protein

Các enzyme thuỷ phân protein cũng có tầm quan trọn thứ hai, ảnh hưởng đến chất lượng sản phẩm cuố cùng Các enzyme chủ yếu liên quan đến quá trình nảy 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 nảy mầm, hàm lượng của các enzyme này được tăng lên bới sự thúc đẩy của các hormone, chúng cắt các liên kết peptide bên trong tạo thành các peptide nhỏ hơn Carboxypeptidase thuỷ phân protein và các peptide từ C cuối của các amino acid cuối cùng (Kruger, 1989)

Ngoài lipase, phenoloxidase cũng tăng hoạt tính lên khoảng 33 lần; peroxydase và catalase cung tăng trong suốt quá trình nảy mầm, chúng đóng vai trò trong các phản ứng oxy hoá ảnh hưởng đến sự phá huỷ các sắc tố (Kruger, 1989)

Enzyme phytase cũng có mặt trong lớp aleuron và thực hiện thuỷ phân thành phần acid phytic trong nội nhũ Quá trình thuỷ phân acid phytic bắt đầu với myoinositol hexaphosphate và dần dần tách các nhóm phosphate ra khỏi hexaphosphate (Eugene, 1982) Các ester của inositol biến đổi dần qua nhiều bước,

từ henxaphosphate thành penta-, tetra-, tri-, di- và cuối cùng là thành inositol monophosphate Một enzyme chịu trách nhiệm phân huỷ hexaphosphate và một enzyme khác tách monophosphate thành inositol và phosphate tự do (Ferrel, 1978) 2.3.3 Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình nảy mầm

đã được chứng minh bằng sự hấp thu nước như nhau của cả hạt sống và hạt chết

Thành phần cơ bản tạo ra sự hút nước của hạt là protein Protein mang điện tích nên phân cực và có khả năng hút các phân tử nước Tinh bột chỉ có ảnh hưởng nhỏ đến sự hút nước, bởi vì nó có cấu trúc không mang điện nên chỉ hút nước ở độ

pH thấp hoặc sau khi xử lý ở nhiệt độ cao

Áp lực thẩm thấu của tế bào, nồng độ các hợp chất hoà tan cũng ảnh hưởng tới khả năng hút nước của hạt

Sức căng bề mặt tế bào: khi nước vào trong tế bào nó tạo áp lực lên thành tế bào và nồng độ các chất thấm lọc là điều kiện để hút nước vào trong tế bào, sức căng

Nhiệt độ yêu cầu có thể thay đổi tuỳ theo các giai đoạn khác nhau của sự nảy mầm và phản ứng với nhiệt độ phụ thuộc vào loài, giống, vùng gieo trồng và thời gian thu hoạch Quy luật chung là hạt của cây vùng ôn đới sẽ có nhiệt độ nảy mầm thấp hơn vùng nhiệt đới Cũng có một số loài khi thay đổi nhiệt độ thường xuyên sẽ nảy mầm tốt hơn Điều này có thể được giải thích là do khi thay đổi nhiệt độ sẽ làm thay đổi cấu trúc phân tử trong hạt; nhưng cũng có giả thuyết cho rằng sự thay đổi nhiệt độ sẽ tạo ra sự cân bằng sản phẩm trung gian trong quá trình hô hấp

2.3.3.3 Ánh sáng

Ánh sáng có ảnh hưởng đến toàn bộ đời sống của thực vật từ khi hạt nảy mầm sinh trưởng cho đến khi ra hoa kết trái Ánh sáng ảnh hưởng khác nhau đến sự nảy mầm của các loại hạt: có nhiều loại hạt chỉ nảy mầm trong đất, không cần ánh sáng, nếu bị bỏ ra ngoài ánh sáng thì sự nảy mầm sẽ bị ức chế (hạt cà độc dược, một

số loại cây trong họ hành) Một số thì lại cần ánh sáng để nảy mầm (hạt cây phi lao, thuốc lá, phần lớn cây thuộc họ lúa) Cả cường độ ánh sáng và chất lượng ánh sáng đều ảnh hưởng đến sự nảy mầm Ánh sán kích thích nảy mầm tốt nhất là ánh sáng

đỏ (660 – 700 nm) độ dài bước sóng < 290 nm thì sẽ kiềm hãm nảy mầm

Ánh sáng ảnh hưởng mạnh nhất lên độ nảy mầm đối với các hạt ngay sau khi

thu hoạch và giảm dần theo tuổi của hạt Nhiệt độ hút nước: các hạt lipidium có khả

năng hút nước ở 20oC đạt tỉ lệ nảy mầm 31%, nhưng hút nước ở 35oC thì nảy mầm 98%

CO2 cao hơn 0.03% thì sẽ làm chậm quá trình nảy mầm; trong khi khí nitrogen thì không gây ra ảnh hưởng

Mặc dù vậy một số loại hạt có thể nảy mầm trong nước ngâm ngay cả khi thiếu hàm lượng oxy Hạt lúa có thể nảy mầm trong điều kiện thiếu oxy trong nước, nhưng mầm sẽ yếu và phát triển không bình thường

2.4 Cơ chế hình thành GABA

Acid γ-aminobutyric (GABA) là một amino acid phi protein có 4 carbon, được tìm thấy trong các loài vi khuẩn đơn giản đến cây trồng và ở ngay cả những động vật có vú GABA được phát hiện trong cây từ hơn nửa thế kỷ trước (Steward, 1949) Tuy nhiên vai trò của nó ở trong giới thực vật vẫn chưa được nghiên cứu một cách đầy đủ; nhưng trong giới động vật thì các nhà khoa học đã tìm ra được vai trò của GABA: là một chất dẫn truyền xung thần kinh quan trọng, có rất nhiều hoạt tính sinh học: giảm stress, chống oxy hóa, giảm thiểu nguy cơ mắc các bệnh về tim mạch

và thần kinh Trong cây và trong động vật, GABA được hình thành thông qua 3 enzyme: enzyme glutamate decarboxylase (GAD), enzyme GABA transsaminase (GABA – T) và enzyme succinic semialdehyde dehydrogenase (SSADH)

Hình 2.3: Con đường biến đổi của γ-aminobutyric acid ở thực vật

(Bouché và Fromm, 2004) Chu trình thuỷ phân nitrogen bởi enzyme glutamine-synthetase hay glutamate-synthase (GS hay GOGAT) là một con đường chính để đồng hoá nitrogen thành glutamate và amino acid trong thực vật Glutamate decarboxylase (GAD) là một enzyme trong dịch tế bào chịu ảnh hưởng bới phức hợp Ca2+-calmodulin (CaM), làm xúc tác cho quá trình decarboxyl glutamate biến đổi thành GABA Sau

đó, GABA được chuyển vào trong ty thể và bị biến đổi thành succinic semialdehyde

bởi enzyme GABA transaminases sử dụng cả α-ketoglutarate (thành enzyme GABA-TK) và pyruvate (thành enzyme GABA-TP) như là những nơi tiếp nhận các amino acid Tiếp theo, succinic semialdehyde được biến đổi thành succinate bởi enzyme succinic semialdehyde dehydrogenase (SSADH), sau đó tham gia vào chu trình TCA Cả ATP và NADH có thể trở thành chất ức chế hoạt động của enzyme SSADH Các enzyme succinyl-CoA ligase và α-ketoglutarate dehydrogenase (α-KGDH) là các enzyme của chu trình TCA nhưng có liên quan đến chu trình biến đổi của GABA và các enzyme này nhạy cảm với sự stress oxy hoá Succinic semialdehyde còn có thể bị biến đổi thành γ-hydroxybutyric acid (GHB) ở bên ngoài

là dịch tế bào ở cả động vật và thực vật Ở động vật có vú, GHB được biết đến như

là một chất dẫn truyền xung thần kinh, trong khi đó, ở thực vật thì vẫn chưa biết rõ chức năng của GHB

Vai trò của enzyme GABA-TK vẫn còn đang được nghiên cứu, trong khi đó, vai trò của enzyme GABA-TP đã được nghiên cứu rõ ràng trong cây thuốc lá và cây

hoa Arabidopsis.GABA-TP là một enzyme chức năng cho quá trình biến đổi GABA

GABA-TP có một vài chức năng đặc biệt ở các loài hoa: đóng góp vào sự cân bằng C:N, điều chỉnh lại độ pH, chống lại sự oxy hoá, bảo vệ cây khỏi côn trùng, GABA còn là chất điều hoà thẩm thấu màng tế bào (Palanivelu và cộng sự, 2003)

Như vậy, cơ chất chính trong quá trình tạo thành GABA chính là glutamate; sau đó, GABA sinh ra sẽ được chuyển hoá tiếp tạo thành succinic semialdehyde và cuối cùng tạo thành sản phẩm GHB (ở dịch tế bào) và succinate (ty lạp thể) Ta có thể thu được glutamate từ con đường dị hoá lysine (Galili và cộng sự, 2001):

Hình 2.4: Con đường dị hoá lysine tạo glutamate ở thực vật

Khi hàm lượng lysine có trong gạo lứt ban đầu cao thì hàm lượng GABA tạo thành khi nảy mầm cũng sẽ có hàm cao hơn so với nhóm gạo có hàm lượng lysine thấp (Galili và cộng sự, 2001) Có rất nhiều nghiên cứu để tăng hàm lượng GABA trong gạo: chuyển gene GAD (Park và Oh, 2007) Đoạn gen mã hoá của enzyme glutamate decarboxylase có trong lớp cám của cây lúa đã được tìm thấy: đoạn cDNA của enzyme bao gồm 1479 cặp base mã hoá một protein gồm 492 amino acid Protein có giá trị pI = 5.72 và có khối lượng phân tử là 56.1 kD (Xu và cộng sự, 2010) Từ đó, mở ra một hướng nghiên cứu mới để có thể làm tăng hàm lượng

GABA bằng các tác động lên bộ gen của enzyme glutamate dehydroxylase, biến tế bào thành một nhà máy sinh tổng hợp thừa GABA Bên cạnh đó, các nhà khoa học

đã sử dụng phương pháp lên men vi sinh vật Lactobacillus brevis, L.bacillus

paracasei…(Khomatsuzaki và cộng sự, 2005); Escherichia coli (Tramonti và cộng

sư, 2003); Monascus (Kono và Himeno 2000)… trên nguồn nguyên liệu là cám gạo

để sản xuất GABA Và còn nhiều phương pháp khác bao gồm cả nảy mầm gạo (Komatsuzaki và cộng sự, 2007)

2.5 Thành phần hoá học và tiềm năng dinh dưỡng của gạo nảy mầm

2.5.1 Thành phần hoá học của gạo nảy mầm

Đa số những phương pháp phân tích và nghiên cứu về gạo nảy mầm được tiến hành ở Nhật Bản Năm 1994, Saikusa và cộng sự đã phát hiện rằng nếu ngâm gạo lứt trong nước ấm ở 40oC từ 8-24 giờ thì lượng GABA sẽ tăng đáng kể Kayahara và cộng sự (2001) đã chỉ ra rằng không chỉ những hợp chất dinh dưỡng ban đầu được tăng lên về hàm lượng, mà còn sinh ra nhiều chất mới trong suốt quá trình nảy mầm Các thành phần dinh dưỡng được tăng đáng kể bao gồm: GABA, lysine, vitamin E, chất xơ, niacin, magnesium, vitamin B1 và B6 Bên cạnh đó, nhóm nghiên cứu còn phát hiện gạo nảy mầm chứa ít đường và calo hơn gạo trắng thông thường

Bảng 2.4: So sánh thành phần hoá học giữa gạo lứt, gạo trắng và lớp cám gạo

(Nguồn Agricultural Engineering Unit International Rice Research Institute -IRRI)

Choi và cộng sự (2006) đ

thì hàm lượng các chất dinh dư

sau: lượng fructose tăng 3.4 l

đã nhận thấy rằng sau 24 gi

hơn sau 48 giờ nảy mầm

khảo sát sự thay đổi các thành ph

mầm so với gạo lứt ban đ

được trồng ở miền bắc Thái Lan;

(2006) đã nghiên cứu và kết luận rằng: sau 24

t dinh dưỡng sẽ có biến đổi so với gạo lứt trướ

ng fructose tăng 3.4 lần, lượng GABA tăng 7.97 lần Nhóm nghiên c

ng sau 24 giờ nảy mầm thì lượng chất dinh dưỡng đ

m Anuchita Moongngarm và Nattawat Saetung (2010) đ

i các thành phần hợp chất hoá học và sinh học trong

ban đầu Nhóm đã lựa chọn giống gạo Oryza sativa

c Thái Lan; và kết quả thu được rất khả quan

n các hợp chất hoá học trong gạo lứt (UGR), (GBR), thóc chưa xay vỏ nảy mầm (GRR) và bột thóc (GRP) (Moongngarm và

c trong gạo nảy

Oryza sativa L., RD-6

(UGR), gạo nảy mầm (Moongngarm và