Phần 6
Tác động của ủ sau sấy và trong bảo quản đến đặc tính nứt và
chất lượng xát gạo
ợggạ
TÓM TẮT
Nghiên cứu này khảo sát ảnh hưởng của nhiệt độ sấy, chế độ tôi ủ và điều kiện tồn trữ đến tỉ
lệ nứt hạt, độ bền cơ học và tỉ lệ thu hồi gạo nguyên của ba giống gạo canh tác ở Úc là
Kyeema (gạo dài), Amaroo và Reiziq (gạo vừa). Sấy lúa hồi ẩm ở 40, 60, và 80 oC, sau đó ủ
0, 40, 80 và 120 phút. Kết quả cho thấy công đoạn tôi ủ cải thiện tỉ lệ thu hồi gạo nguyên ít
mặc dù độ chặt hạt tăng và tỉ lệ hạt nứt giảm khi thời gian sấy ủ kéo dài 80 – 120 phút. Trong
quá trình tồn trữ đến 4 tháng tại nhiệt độ 4, 20 và 38 oC, tất cả các thông số đo đạc như tỉ lệ
hạt nứt, độ cứng, độ chặt, tỉ lệ thu hồi gạo nguyên, đặc tính hóa nhão đều có chiều hướng tăng.
Các lý tính của các mẫu gạo biến thiên đáng kể khi tồn trữ ở 38 oC. Độ chặt hạt gạo nguyên
vẹn gia tăng rõ rệt trong quá trình tồn trữ chứng tỏ có xảy ra hiện tượng già hóa vật lý khi bảo
quản hạt gạo dưới nhiệt độ gương của gạo.
GIỚI THIỆU
Quá trình ủ từ lâu được xem là một công đoạn hiệu quả để tối thiểu hóa gradient ẩm trong hạt
gạo khi sấy ở nhiệt độ cao (Cnossen et al. 2003; Steffe and Singh 1980; Zhang et al. 2003).
Bên cạnh tác động cân bằng ẩm, khái niệm trạng thái gương cũng được áp dụng để giải thích
hiện tượng nứt hạt trong quá trình sấy (Perdon et al. 2000). Giả thuyết đưa ra là quá trình ủ
trên nhiệt độ hóa gương của gạo giúp giảm bớt các nội ứng lực tạo ra trong nhân hạt gạo, đặc
biệt là khi sấy gạo ở nhiệt độ cao (Cnossen et al. 2003; Cnossen et al. 2001; Iguaz et al. 2006;
Zhang et al. 2003).
Trên nền tảng khái niệm chuyển hóa gương, đã có nhiều nghiên cứu giải thích tác động của
các điều kiện sấy ủ đến tỉ lệ thu hồi gạo nguyên (Cnossen và ctv 2003; Cnossen và ctv 2001;
Iguaz và ctv 2006; Zhang và ctv 2003). Khi ứng dụng trạng thái gương để giải thích hiện
tượng nứt hạt gạo, có thể áp dụng hiện tượng phục hồi cấu trúc hay còn gọi là già hóa vật lý
trong quá trình ủ. Người ta biết rằng khi tồn trữ hạt hay còn gọi là tôi ủ (annealing) thì sẽ có
hiện tượng già hóa. Từ “già hóa” được sử dụng để đề cập đến các thay đổi lý, hóa sinh xảy ra
trong quá trình bảo quản gạo dẫn đến các tác động mong muốn và không mong muốn
ồ
c
ó
xu
h
ư
ớ
ng
ổ
n
đ
ị
n
h
tương
đ
ố
i
v
ớ
t
ờ
i
g
i
an t
ồ
n t
r
ữ
ké
o
dài
(
Hama
k
er
1994
; Howe
ll
v
à
Cogburn 2004). Cơ chế già hóa của gạo vẫn chưa xác định được và được diễn giải theo nhiều
cách khác nhau mặc dù đã có rất nhiều nghiên cứu về đề tài này (Chrastil 1990; 1992; 1994;
Patindol và ctv 2005; Sowbhagya và Bhattacharya 2001). Mối liên hệ giữa biến thiên các hàm
lượng đạm tổng, tinh bột hay amylose và các thay đổi hóa lý và chức năng của gạo như các
đặc tính hóa nhão là không chặt chẽ (Chrastil 1990; 1992; 1994). Một nghiên cứu của Patindol
và ctv (2005) cho thấy già hóa gạo có thể liên hệ với tương tác giữa tinh bột và các cấu tử
không phải là tinh bột như các lipid. Các tác giả này cũng tìm thấy sự thoái biến tinh bột ở
mức độ phân tử làm giảm tỉ lệ amylose: amylopectin và cắt các mạch amylopectin trong quá
trình tồn trữ gạo.
Trên cơ sở khoa học polymer, các thay đổi hóa lý và chức năng của vật liệu thực phẩm vô
định hình trong quá trình tồn trữ được xem là kết quả của hiện tượng già hóa vật lý hay phục
hồi enthalpy do thực tế là sản phẩm thực phẩm thường được bảo quản/ủ ở nhiệt độ thấp hơn
nhiệt độ gương của chúng (Liu và ctv 2006). Khi tham khảo vấn đề này cho thấy khái niệm
già hóa vật lý/ phục hồi cấu trúc có thể ứng dụng để giải thích các thay đổi xảy ra trong quá
trình tồn trữ. Đã có một số nghiên cứu thực hiện chứng minh rằng quá trình già hóa ảnh
hưởng đến các đặc tính cơ học của tinh bột (Chung và Lim 2004; Lourdin và ctv 2002; Noel
và ctv 2005). Tinh bột là thành phần chính của hạt gạo, do đó tác động của quá trình già hóa
có thể đo đạc được qua các thay đổi về đặc trưng cơ học của gạo.
Vì vậy, việc khảo sát hiện tượng này trong quá trình ủ sau sấy trên mẫu lúa tươi sấy khô là
cần thiết. Khảo sát tác động của quá trình ủ sau sấy ở nhiệt độ lớn hơn và nhỏ hơn nhiệt độ
gương của gạo đến độ bền cơ học và liên hệ với tỉ lệ nứt gãy và chất lượng xát sẽ cung cấp
nhiều thông tin giá trị để hiểu rõ cơ chế nứt gãy của hạt gạo. Mục đích của nghiên cứu này là
(i) khảo sát ảnh hưởng của quá trình sấy và ủ sau sấy ở nhiệt độ trên và dưới nhiệt độ gương
của gạo lên độ bền cơ học, tỉ lệ nứt hạt và chất lượng xát; (ii) khảo sát các thay đổi đặc trưng
cơ học và chất lượng xát của gạo trong quá trình bảo quản. Các nghiên cứu này thực hiện trên
các giống gạo Úc.
Thí nghiệm này sử
d
ụng ba gi
ố
ng g
ạ
o
Ú
c là Kyeema, Amaroo và Reizi
q
do New South Wales
Department of Primary Industries (Yanco, NSW 2703, Australia) cung cấp trong tháng 08
năm 2007 ở dạng lúa khô. Lúa có độ ẩm ban đầu 11.2 - 11.6 % được bảo quản kín tại nhiệt độ
phòng.
Để thực hiện các thí nghiệm sấy và ủ sau sấy, ngâm lúa đến độ ẩm mong muốn (24-27 % cơ
sở ướt) như hàm ẩm của lúa gặt tươi. Lúa ngâm sau khi làm ráo được trữ trong bao nhựa kín ở
nhiệt độ lạnh (4 oC) trong 4 ngày để cân bằng ẩm trong khối hạt. Trước khi sấy, mẫu gạo được
cân bằng tại nhiệt độ phòng. Độ ẩm lúa gạo trong thí nghiệm này được xác định bằng cách sấy
kiệt 5-10 g lúa gạo trong tủ sấy ở chế độ 130 oC trong 17 giờ (Jindal & Siebenmorgen 1987).
Độ ẩm được biểu diễn ở dạng cơ sở ướt.
Thí nghiệm sấy và ủ sau sấy
Thực hiện thí nghiệm sơ bộ để xác định tốc độ sấy lớp mỏng lúa. Lúa đã hồi ẩm của mỗi
giống được đem sấy lớp mỏng (dày 1 cm) trong tủ sấy (Thermoline Dehydrating Oven
No.TD-36T-1-D Special, Thermoline Scientific Pty. Ltd, Australia) ở ba chế độ sấy 40 oC-25
%RH, 60 oC-20 %RH, 80 oC-16 %RH. Vận tốc gió là 0.75 m/s. Điều kiện sấy được kiểm soát
và theo dõi qua các bộ điều nhiệt, tốc độ gió và ẩm độ tương đối (Eurotherm 3216,
Thermoline Scientific Pty. Ltd, Australia). Xác định ẩm độ lúa sau mỗi 30 phút sấy. Sử dụng
số liệu ẩm độ thay đổi theo thời gian sấy để tính toán phương trình sấy lớp mỏng thực nghiệm
trên cơ sở phương trình Page (trích dẫn bởi Hall 1980) như sau:
)exp( kt
MM
MM
ei
et −=
−
−
[1]
Trong đó Mt là ẩm độ của gạo tại thời gian sấy bất kỳ t, Me là ẩm độ cân bằng của gạo, Mi là
ẩm độ ban đầu của gạo, t là thời gian sấy và k là hằng số sấy. Giá trị Me được xác định dựa
vào phương trình Chung-Pfost cải tiến (1967) như sau:
⎟
⎠
⎞
⎜
⎝
⎛+
−−= )ln(
)(
ln
1RH
A
CT
B
Me [2]
Trong đó Me là ẩm độ cân bằng của hạt (thập phân, cơ sở ướt), RH là độ ẩm tương đối của
không khí cân bằng với hạt (thập phân), T là nhiệt độ không khí (oC), A, B, và C là hằng số
riêng biệt cho hạt trong điều kiện xem xét (phi thứ nguyên). Đối với lúa, giá trị A, B, và C lần
ẩ
m tương
đ
ố
i
(
RH
, t
h
ậ
p p
hâ
n
)
:
k= -0.020671+0.000228*T+0.019928*RH+0.000999*T*RH [3]
Để dự đoán ẩm độ của hạt tại thời điểm sấy bất kỳ, ứng dụng phương trình sai biệt hữu hạn
sau:
(
)
)exp())()(( ktktMMMM eittt
−
−
∆
−
−
=
∆+ [4]
Lúa hồi ẩm (24 – 27 % cơ sở ướt) của mỗi giống gạo được sấy lớp mỏng (độ dày lớp lúa 1
cm) tại ba điều kiện sấy 40 oC-25 %RH, 60 oC-20 %RH, 80 oC-16 %RH. Dựa trên phương
trình thực nghiêm [4] đã tính toán được ở trên, xác định thời gian sấy tại mỗi nhiệt độ sấy để
đạt ẩm độ mong muốn. Các lô lúa hồi ẩm được trải rộng trên khay kim loại đục lỗ và sấy
trong tủ sấy (Thermoline Dehydrating Oven No.TD-36T-1-D Special, Thermoline Scientific
Pty. Ltd, Australia). Nhằm giảm thiểu tác động của cân bằng ẩm trong quá trình tôi/ủ, các mẫu
gạo được sấy cho đến khi đạt ẩm độ cuối khoảng 14 % cơ sở ướt. Điều này có nghĩa là sự
phân bố ẩm bên trong nhân hạt sẽ bị giới hạn. Lô mẫu sau đó được chia nhỏ và ủ trong hũ
thủy tinh kín trong tủ ấm. Mẫu gạo được ủ tại nhiệt độ bằng với nhiệt độ sấy (40, 60 và 80 oC)
trong 0, 40, 80 và 120 phút. Sau ủ, mẫu gạo được làm nguội trong tủ ấm ở chế độ 25 oC và 65
% RH. Sự thay đổi ẩm độ trong quá trình tôi/ủ là rất ít do sai biệt ẩm độ đo được trước và sau
ủ của tất cả các loại gạo là 0.5 %. Ẩm độ cuối của các mẫu gạo tương đương nhau nhằm tối
thiểu hóa ảnh hưởng của ẩm độ đến việc đo độ bền cơ học của mẫu gạo sau đó. Các mẫu gạo
được đóng kín trong bao nhựa, trữ tại nhiệt độ phòng từ 2-3 ngày trước khi xác định phần
trăm nứt gãy, độ cứng cơ học và tỉ lệ thu hồi gạo nguyên (TLTH). Ẩm độ cuối của các mẫu
sấy là 13±0.5 % cơ sở ướt. Sấy lớp mỏng khoảng 200 g lúa ở 35 oC trong 16 giờ xuống ẩm độ
14 % cơ sở ướt để làm mẫu đối chứng. Lặp lại ba lần tất cả các đo đạc trong thí nghiệm này.
Tổng nghiệm thức sấy và ủ là 108 (3 giống gạo * 3 nhiệt độ sấy * 4 thời gian tôi ủ * 3 lần lặp
lại).
Tỉ lệ hạt gãy nứt
Lựa chọn ngẫu nhiên 50 hạt lúa trong từng mẫu sấy, bóc vỏ trấu bằng tay và quan sát nứt bằng
hộp đèn. Tỉ lệ hạt gãy nứt là giá trị trung bình của phần trăm số lượng hạt gãy nứt trong mỗi
50 hạt. Mỗi nghiệm thức được lặp lại hai lần.