Luận văn Thạc sĩ Khoa học: Nghiên cứu xây dựng quy trình sản xuất bột gạo lứt lên men lactic giàu kefiran

Chia sẻ: Trương Yến | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:77

Thêm vào BST

Báo xấu

103
lượt xem 10
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Luận văn Thạc sĩ Khoa học: Nghiên cứu xây dựng quy trình sản xuất bột gạo lứt lên men lactic giàu kefiran được thực hiện với mục tiêu nhằm tuyển chọn chủng vi khuẩn lactic có khả năng chuyển hóa tinh bột thành dạng exopolysaccharide (kefiran) trên môi trường dịch gạo lứt thủy phân. Nghiên cứu xây dựng điều kiện sinh tổng hợp exopolysaccharide từ vi khuẩn lactic trên môi trường dịch gạo lứt thủy phân. Mời các bạn cùng tham khảo.

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Luận văn Thạc sĩ Khoa học: Nghiên cứu xây dựng quy trình sản xuất bột gạo lứt lên men lactic giàu kefiran

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN NGÔ DUY KỲ NGHIÊN CỨU XÂY DỰNG QUY TRÌNH SẢN XUẤT BỘT GẠO LỨT LÊN MEN LACTIC GIÀU KEFIRAN LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC Hà Nội - Năm 2020
ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN NGÔ DUY KỲ NGHIÊN CỨU XÂY DỰNG QUY TRÌNH SẢN XUẤT BỘT GẠO LỨT LÊN MEN LACTIC GIÀU KEFIRAN Chuyên ngành: Vi sinh vật học Mã số: 8420101.07 LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: PGS.TS Nguyễn Thị Việt Anh TS Phạm Thế Hải Hà Nội - Năm 2020
LỜI CẢM ƠN Lời đầu tiên, tôi xin gửi lời cảm ơn chân thành nhất đến PGS.TS. Nguyễn Thị Việt Anh, người đã hướng dẫn, truyền đạt cho tôi những kiến thức và kinh nghiệm trong suốt thời gian học tập, nghiên cứu tại viện. Cô đã luôn theo sát, chỉ bảo cho tôi những góp ý quý báu để tôi có thể hoàn thành tốt công việc. Tôi cũng rất biết ơn TS. Phạm Thế Hải đã chỉ bảo, hướng dẫn tôi kiến thức kĩ năng mới để tôi hoàn thiện được luận văn tốt nghiệp này. Tôi xin gửi lời cảm ơn đến Th.S Nguyễn Minh Thu, cùng toàn thể các cô, chú, anh chị tại Bộ môn Công nghệ lên men đã chỉ dạy, hướng dẫn cho tôi từ những ngày đầu tôi vào làm việc tại phòng, truyền đạt cho tôi những kinh nghiệm trong công việc cũng như trong cuộc sống. Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến các thầy cô trong Khoa Sinh học - Trường Đại học Khoa học Tự nhiên, Đại học Quốc gia Hà Nội nói chung và Bộ môn Vi sinh vật nói riêng đã giảng dạy và trang bị cho tôi những kiến thức quý giá trong suốt khóa học. Cuối cùng tôi xin chân thành cảm ơn gia đình, bạn bè và người thân, đã luôn ở bên, động viên cho tôi có thêm nghị lực để vượt qua khó khăn trong suốt thời gian qua. Hà Nội, ngày 10 tháng 01 năm 2020 Học viên Ngô Duy Kỳ
Trang MỞ ĐẦU ..................................................................................................................... 1 PHẦN 1. TỔNG QUAN TÀI LIỆU ........................................................................... 3 1.1. Tổng quan về gạo lứt ………………………………………………………… 3 1.1.1. Thành phần hóa học và dinh dưỡng của hạt lúa - gạo lứt .............................4 1.1.1.1. Nước ..............................................................................................................4 1.1.1.2. Glucid ............................................................................................................5 1.1.1.3. Protid .............................................................................................................6 1.1.1.4. Lipid ..............................................................................................................7 1.1.1.5. Chất khoáng ...................................................................................................7 1.1.1.6. Vitamin ..........................................................................................................7 1.1.1.7. Enzyme ..........................................................................................................8 1.1.1.8. Mùi thơm của gạo..........................................................................................9 1.1.1.9. Chất màu trong gạo lứt ..................................................................................9 1.1.2. Một số tác dụng của gạo lứt ..........................................................................9 1.2. Vi khuẩn lactic……………………………………...……………………...…13 1.2.1.1. Đặc điểm chung của vi khuẩn lactic ...........................................................13 1.2.1.2. Ứng dụng của vi khuẩn lactic ......................................................................14 1.2.1.3. Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình lên men lactic ....................................15 1.3 Kefir .................................................................................................................. 16 1.3.1. Hệ vi sinh vật trong hạt nấm kefir ...............................................................16 1.3.2. Vai trò của khuẩn lactic trong hạt nấm kefir ...............................................17 1.4.Exoplolysaccharide và những hiểu biết chung về Kefiran ................................. 20 1.4.1. Exopolysaccharide ......................................................................................20 1.4.2. Chức năng và các dạng đặc trưng của EPS .................................................20 1.4.3. Tổng quan về kefiran...................................................................................22 1.4.3.1. Ứng dụng của kefiran ..................................................................................23 1.4.3.2. Cơ chế sinh tổng hợp kefiran ở vi khuẩn lactic...........................................25 i
1.4.4 Tình hình nghiên cứu, sản xuất Kefiran hiện nay……………………………27 PHẦN 2. VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU .................................. 28 2.1. Vật liệu ............................................................................................................... 29 2.1.1. Nguyên liệu .....................................................................................................29 2.1.2. Dụng cụ, thiết bị thí nghiệm............................................................................29 2.2. Phương pháp nghiên cứu.................................................................................... 30 2.2.1. Phương pháp vi sinh ........................................................................................30 2.2.1.1. Phương pháp phân lập vi khuẩn ...................................................................30 2.2.1.2. Phương pháp đánh giá khả năng tạo sinh khối vi khuẩn lactic ....................31 2.2.1.3. Phương pháp định tên chủng giống .............................................................31 2.2.2. Phương pháp phân tích hóa lý .........................................................................31 2.2.2.1. Phương pháp xác định hàm lượng đường khử .............................................32 2.2.2.2. Phương pháp xác định hàm lượng axit tổng (theo axit lactic) .....................33 2.2.2.3. Phương pháp xác định hàm lượng chất khô hòa tan ....................................34 2.2.2.4. Phương pháp xác định hàm lượng kefiran (exopolysaccharide)..................34 2.2.3. Phương pháp công nghệ ..................................................................................35 2.2.3.1. Phương pháp thủy phân bột gạo lứt .............................................................35 2.2.3.2. Phương pháp lên men ...................................................................................35 2.2.4. Phương pháp xử lý số liệu thống kê ................................................................36 PHẦN 3. KẾT QUẢ VÀ BÀN LUẬN ..................................................................... 37 3.1. Phân lập và tuyển chọn chủng vi khuẩn lactic thích hợp cho quá trình lên men gạo lứt giàu kefiran .............................................................................................. 37 3.1.1. Phân lập và sơ tuyển chủng vi khuẩn lactic ....................................................37 3.1.2. Lựa chọn chủng vi khuẩn lactic có khả năng sinh tổng hợp kefiran cao ........39 3.2. Định danh chủng vi khuẩn lactic tuyển chọn được ............................................ 39 3.3. Nghiên cứu xây dựng quy trình sản xuất bột gạo lứt lên men lactic giàu kefiran41 3.3.1. Sơ chế gạo lứt .................................................................................................. 41 3.3.2. Nghiên cứu điều kiện nhân giống sinh khối thích hợp ................................... 43 3.3.2.1. Lựa chọn môi trường nhân giống .................................................................43 3.3.2.2. Khảo sát thời gian và nhiệt độ nhân giống ...................................................45 3.3.2.3. Khảo sát mật độ giống bổ sung vào môi trường lên men ............................46 ii
3.3.3. Nghiên cứu ảnh hưởng của thành phần môi trường lên men đến khả năng sinh tổng hợp kefiran của chủng lựa chọn ........................................................................47 3.3.3.1. Ảnh hưởng của nồng độ dịch gạo thủy phân ...............................................47 3.3.3.2. Ảnh hưởng của nồng độ đường saccharose bổ sung ....................................48 3.3.3.3. Ảnh hưởng của nồng độ cao nấm men bổ sung ...........................................49 3.3.3.4. Ảnh hưởng của việc bổ sung chất khoáng ...................................................50 3.3.4. Nghiên cứu điều kiện lên men thích hợp cho sinh tổng hợp kefiran ..............51 3.3.4.1. Ảnh hưởng của pH ban đầu..........................................................................51 3.3.4.2. Ảnh hưởng của nhiệt độ lên men .................................................................52 3.3.4.3. Động học của quá trình lên men sinh tổng hợp kefiran của chủng .............53 3.3.5. Nghiên cứu điều kiện sấy phun tạo sản phẩm .................................................54 3.3.5.1. Xác định nồng độ chất mang trong quá trình sấy phun ..............................55 3.3.5.2. Ảnh hưởng của nồng độ chất khô nguyên liệu đến chất lượng và hiệu suất thu hồi sản phẩm .......................................................................................................57 3.3.5.2. Ảnh hưởng của nhiệt độ sấy phun đến chất lượng và hiệu suất thu hồi sản phẩm …………………………………………………………………………….58 3.3.5.4. Ảnh hưởng của tốc độ bơm nhập liệu đến chất lượng sản phẩm .................59 3.6. Quy trình sản xuất bột gạo lứt lên men lactic giàu kefiran ................................ 60 PHẦN 4. KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ................................................................... 64 4.1. Kết luận .............................................................................................................. 64 4.2. Kiến nghị ............................................................................................................ 64 TÀI LIỆU THAM KHẢO ......................................................................................... 65 iii
DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT CNTP Công nghiệp thực phẩm EPS Exopolysaccharide KF Kefiran HoPS Homopolysaccharide HePS Heteropolysacaride PGM α-phosphoglucomutase RYG Rice – Yeast - Glucose RYGP Rice – Yeast – Glucose - Peptone RYP Rice – Yeast – Peptone DNA deoxyribonucleic acid rRNA Ribosomal ribonucleic acid iv
DANH MỤC CÁC BẢNG Trang Bảng 1.1. Thành phần hóa học trong từng phần của hạt lúa ....................................... 4 Bảng 1.2. So sánh thành phần của gạo lứt và gạo xát ................................................. 4 Bảng 1.3. Tỷ lệ các protein của các bộ phận trong hạt gạo ........................................ 7 Bảng 1.4. Thành phần vitamin trong các loại gạo ...................................................... 8 Bảng 1.5. Thành phần vi sinh vật có trong hạt kefir từ các nguồn gốc khác nhau ... 17 Bảng 1.6. Danh sách các exopolysaccharide ............................................................ 21 Bảng 3.1 Hình thái khuẩn lạc, tế bào của các chủng vi khuẩn lactic ........................ 37 Bảng 3.2 Đánh giá cảm quan gạo lứt rang và hiệu suất thủy phân trong cùng điều kiện ...................................................................................................................... 42 Bảng 3.3. Thành phần môi trường khảo sát nhân giống cấp 2.................................. 44 Bảng 3.4. Chất lượng của dịch gạo lứt thủy phân lên men lactic giàu kefiran ......... 55 Bảng 3.5 Một số chỉ tiêu chất lượng của sản phẩm bột gạo lứt lên men lactic giàu kefiran………………………………………………………………………..…….56 Bảng 3.6. Ảnh hưởng nồng độ maltodextrin đến chất lượng sản phẩm .................. 56 Bảng 3.7. Ảnh hưởng của nồng độ chất khô nguyên liệu sấy đến chất lượng và hiệu suất thu hồi sản phẩm .......................................................................................... 57 Bảng 3.8. Ảnh hưởng của nhiệt độ sấy phun đến chất lượng và hiệu suất thu hồi sản phẩm .................................................................................................................... 58 Bảng 3.9. Ảnh hưởng của tốc độ bơm nhập liệu đến chất lượng sản phẩm ............. 60 Bảng 3.10 Kết quả phân tích sản phẩm sau quá trình sấy phun……………………60 v
DANH MỤC CÁC HÌNH Trang Hình 1.1. Cấu trúc của kefiran .................................................................................. 22 Hình 1.2. Cấu trúc của kefiran và kết nối tiểu cầu-kefiran được hiển thị bằng kính hiển vi quang học (Jenab et al., 2015) ................................................................. 24 Hình 1.3. Cơ chế sinh tổng hợp HoPS ...................................................................... 26 Hình 1.4. Sơ lược về sinh tổng hợp HePS. ............................................................... 27 Hình 3.1. Khả năng tạo sinh khối và axit tổng số của các chủng vi khuẩn lactic ..... 38 Hình 3.2. Khả năng tạo kefiran của các chủng lactic ................................................ 39 Hình 3.3. Hình thái của chủng ................................................................................. 40 Hình 3.4. Vị trí phân loại của chungrg với các loài có quan hệ họ hàng gần trong chi Lactobacillus dựa vào trình tự gen rRNA 16S .............................................. 41 Hình 3.5 Gạo lứt sau khi được rang tại các nhiệt độ khác nhau ............................... 42 Hình 3.6. Khả năng sinh trưởng của chủng trên các môi trường nhân giống khác nhau ................................................................................................... 44 Hình 3.7. Khảo sát nhiệt độ và thời gian nhân giống trên môi trường RYGP của chủng ............................................................................................................ 46 Hình 3.8. Khảo sát tỉ lệ tiếp giống vào môi trường lên men ..................................... 47 Hình 3.9. Ảnh hưởng của nồng độ dịch gạo thủy phân đến hàm lượng kefiran tạo thành ......................................................................... 48 Hình 3.10. Ảnh hưởng của nồng độ đường saccharose bổ sung đến hàm lượng kefiran tạo thành ......................................................................... 49 Hình 3.11. Ảnh hưởng của nồng độ cao nấm men bổ sung đến hàm lượng kefiran tạo thành ................................................................................ 50 Hình 3.12. Ảnh hưởng của việc bổ sung chất khoáng đến hàm lượng kefiran tạo thành ......................................................................... 51 Hình 3.13. Ảnh hưởng của pH ban đầu môi trường lên men đến hàm lượng kefiran tạo thành ......................................................................... 52 Hình 3.14. Ảnh hưởng của nhiệt độ lên men đến hàm lượng kefiran tạo thành ....... 53 Hình 3.15. Động học của quá trình lên men tạo kefiran của chủng ......................... 54 Hình 3.16. Quy trình sản xuất bột gạo lứt lên men lactic giàu kefiran……….……61 vi
MỞ ĐẦU Thực phẩm chức năng là một trong những ngành phát triển nhanh nhất trong ngành công nghiệp thực phẩm thông qua các kết quả nghiên cứu về phòng chống bệnh liên quan đến chế độ ăn để giữ gìn sức khỏe của người tiêu dùng. Do nhu cầu thị trường ngày càng tăng đối với thực phẩm chức năng, một số nguyên liệu thực vật đã được khai thác để cải thiện hương vị và chất lượng dinh dưỡng. Các nhà khoa học thực phẩm hiện đang khám phá vai trò có thể của chế độ ăn uống trong việc phòng ngừa cá bệnh mãn tính. Gạo lứt được xem là một trong những nguyên liệu sản xuất thực phẩm chức năng tốt cho sức khỏe. Nhiều nghiên cứu chứng minh gạo lứt có thể tăng cường chức năng não và làm giảm mức độ chất béo. Có nhiều công trình nghiên cứu đánh giá mối liên hệ của việc sử dụng các loại ngũ cốc nguyên cám, trong đó có gạo lứt, với việc giảm các nguy cơ bệnh tim mạch. Chất xơ trong gạo lứt giúp làm giảm thiểu thời gian lưu, tiếp xúc của các tác nhân gây ung thư với tế bào ruột kết. Nguồn selen dồi dào trong gạo lứt là thành phần thiết yếu trong trao đổi chất, nâng cao khả năng chống oxy hóa và khả năng miễn dịch của cơ thể con người. Với chế độ ăn nhiều gạo lứt còn giúp giảm cân và giảm nguy cơ tiểu đường của nhóm phụ nữ tuổi trung niên. Tuy nhiên, do còn lớp cám chứa nhiều cellulose nên gạo lứt khó nấu chín mềm khi ăn sẽ gây ra hiện tượng khó tiêu, chướng bụng nếu không được nhai kỹ. Do đó, gạo lứt chưa được sử dụng nhiều và ở thị trường Việt Nam cũng chưa có nhiều sản phẩm tốt cho sức khỏe được sản xuất từ gạo lứt. Kefir là loại đồ uống chức năng được lên men từ sữa và các loại hạt bởi hỗn hợp nấm men và vi khuẩn lactic. Nó được đánh giá là dạng thực phẩm có lợi cho sức khỏe, đặc biệt tốt cho gan, hệ thống tim mạch, và nâng cao khả năng miễn dịch. Trong quá trình lên men kefir, kefiran là một exopolysaccharide được sinh tổng hợp ra nhờ vi khuẩn lactic có trong kefir. Kefiran có tác dụng kháng khuẩn, làm lành vết thương, hạn chế sự phát triển của tế bào ung thư, ngoài ra còn nhiều ứng dụng tốt được sử dụng trong dược phẩm hoặc thực phẩm chức năng. Tuy nhiên, kefir còn chứa nhiều cồn, dioxide carbon, lipid, đường lactose, có hương vị chưa phù hợp với 1
người châu Á và một số nhóm đối tượng người tiêu dùng không sử dụng được sản phẩm chứa cồn, đường lactose…. Phương pháp lên men sữa gạo lứt sử dụng vi khuẩn lactic có khả năng sinh tổng hợp kefiran sẽ tận dụng được nguồn nguyên liệu phổ biến ở Việt Nam đồng thời cải tiến những yếu điểm của sản phẩm kefir. Sản phẩm tạo ra có chứa đầy đủ các thành phần tốt từ gạo lứt, không chứa cồn, CO2, ít chất béo và giàu kefiran tốt cho sức khỏe người tiêu dùng. Với mong muốn tạo ra sản phẩm giàu kefiran từ nguồn nguyên liệu gạo lứt, góp phần làm đa dạng các sản phẩm từ gạo lứt trên thị trường, nhằm thay thế dần sản phẩm nhập ngoại, nâng cao giá trị nông sản trong nước, đề tài “Nghiên cứu xây dựng quy trình sản xuất bột gạo lứt lên men lactic giàu kefiran” được thực hiện. Nội dung chính của đề tài gồm: - Tuyển chọn chủng vi khuẩn lactic có khả năng chuyển hóa tinh bột thành dạng exopolysaccharide (kefiran) trên môi trường dịch gạo lứt thủy phân. - Nghiên cứu xây dựng điều kiện sinh tổng hợp exopolysaccharide từ vi khuẩn lactic trên môi trường dịch gạo lứt thủy phân. - Nghiên cứu quy trình công nghệ phối chế, sấy tạo sản phẩm chế phẩm bột gạo lứt lên men lactic có hàm lượng exopolysaccharide cao. 2
CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN TÀI LIỆU 1.1. Tổng quan về gạo lứt Gạo lứt (còn gọi là gạo rằn hay gạo lật) là loại gạo được xay bỏ lớp vỏ trấu, không xát bỏ lớp cám. Gạo lứt được đánh giá là nguồn thực phẩm có tác dụng rất tốt cho sức khỏe con người. Thành phần của gạo lứt gồm có tinh bột, protein, lipit, giàu chất xơ, nhóm các vitamin B (B1, B2, B3, B5, B6), các thành phần khoáng như sắt, canxi, selen, magie, mangan, các nguyên tố vi lượng như paraaminobenzoic (PABA), gamaaminobutyric acid (GABA). Lớp cám của gạo lứt còn chứa chất dầu đặc biệt có tác dụng điều hòa huyết áp, giảm cholesterol xấu, ngăn ngừa các bệnh về tim. [5][6] Việt Nam là nước nông nghiệp, luôn đứng ở tốp đầu trong các nước xuất khẩu gạo trên thế giới, với sản lượng lúa năm 2018 ước tính đạt 44 triệu tấn (theo Tổng cục Thống kê, 2018). Tuy nhiên, gạo và các sản phẩm từ gạo của Việt Nam mặc dù xuất khẩu với số lượng lớn, nhưng giá thành xuất khẩu luôn đạt thấp hơn so với khu vực do chất lượng sản phẩm còn đạt thấp. Nguyên nhân chủ yếu là do chất lượng gạo của Việt Nam chưa cao, chưa có sự đa dạng hóa các sản phẩm từ gạo, các sản phẩm chế biến từ gạo chủ yếu được sản xuất dưới dạng tiểu thủ công nghiệp. Trong các sản phẩm gạo của Việt Nam, gạo lứt được coi là loại gạo giàu chất dinh dưỡng nhất với nhiều công dụng khác nhau. Gạo lứt và các sản phẩm từ gạo lứt hiện đang được quan tâm nhiều tại thị trường Việt Nam và chủ yếu vẫn được sử dụng ở dạng gạo nấu, dùng cho nhóm đối tượng ăn thực dưỡng, ăn chay, nhóm người bệnh ăn kiêng, do đặc điểm khó sử dụng của chúng. Một số công ty đã nghiên cứu sản xuất một số sản phẩm từ gạo lứt như trà gạo lứt, bột gạo lứt nảy mầm, phở gạo lứt, bánh đa gạo lứt… nhằm đa dạng hóa sản phẩm từ gạo lứt. Tuy nhiên, phương pháp sử dụng gạo lứt để nấu cơm, hay sản xuất các sản phẩm đơn giản trên từ gạo lứt chưa 3
thực sự nâng cao được giá trị sử dụng cũng như giá trị kinh tế của gạo lứt, nguồn nông sản có giá trị chức năng cao, tốt cho sức khỏe con người. 1.1.1. Thành phần hóa học và dinh dưỡng của hạt lúa - gạo lứt Bảng 1.1. Thành phần hóa học trong từng phần của hạt lúa [5] Thành Tinh Chất Các chất Protein Đường Cellulose Pentose Tro phần bột béo khác Hạt 10,07 59,00 4,43 2,76 8,10 2,24 2,18 1,22 Nội nhũ 12,91 79,56 3,54 0,15 2,72 0,67 0,45 - Phôi 41,30 Rất ít 25,12 2,46 9,74 15,04 6,31 0,03 Vỏ và lớp 21,70 Rất ít 4,18 16,20 32,56 7,78 10,51 0,07 aleurone (Nguồn: Lê Ngọc Tú và ctv, 2004) Thành phần dinh dưỡng của gạo lứt và gạo xát có sự thay đổi trong quá trình xay xát. Bảng 1.2. So sánh thành phần của gạo lứt và gạo xát [5] Tên các chất Gạo lứt Gạo xát Protein (g/100g) 7,1 – 8,3 6,3 – 7,1 Chất béo (g/100g) 1,6 – 2,8 0,3 – 0,5 Chất xơ nguyên (g/100g) 0,6 – 1,0 0,2 – 0,5 Cacbonhydrate (g/100g) 73 – 87 77 – 89 Vitamin B1 (mg/100g) 2,9 – 3,9 0,7 – 2,3 Vitamin B2 (mg/100g) 0,29 – 0,61 0,02 – 0,11 Niacin (mg/100g) 0,04 – 0,14 0,02 – 0,06 Alpha-tocophral (mg/100g) 3,5 – 5,3 1,3 – 2,4 Calcium (mg/100g) 0,9 – 2,5 0,075 – 0,3 Phospho (g/100g) 10 – 50 10 – 30 Phytin (g/100g) 0,17 – 0,43 0,08 – 0,15 Fe (mg/100g) 0,2 – 5,2 0,2 – 2,8 Zn (mg/100g) 0,6 – 2,8 0,6 – 2,3 Thành phần hóa học của hạt thay đổi khá rõ rệt tùy theo giống lúa, chân ruộng, phân bón, kỹ thuật canh tác, điều kiện khí hậu, thời tiết từng vụ… Nhưng nhìn 4
chung, thóc gạo có các thành phần như nước, glucid, protein, cellulose, lipid, vitamin, khoáng vô cơ và các enzyme. Các thành phần hóa học của hạt lúa phân bố không đồng đều trong các phần của hạt nên khi chế biến cần tách những phần không có hoặc ít chất dinh dưỡng, đồng thời tận dụng hợp lý những sản phẩm phụ còn nhiều chất dinh dưỡng [5][6][7]. 1.1.1.1. Nước Nước là một thành phần quan trọng của thóc gạo. Lượng nước trong hạt ở dạng: tự do và liên kết. Lượng nước tự do trong thóc gạo tính bằng phần trăm gọi là thủy phần của thóc gạo. Thóc gạo càng chín, thủy phần càng giảm dần. Giai đoạn lúa bắt đầu chín, thủy phần chiếm khoảng 65- 70%, nhưng sang giai đoạn lúa chín hoàn toàn, thủy phần giảm xuống chỉ còn 16- 21%.[5] Thủy phần của thóc có liên quan chặt chẽ và ảnh hưởng trực tiếp đến sự thay đổi về chất lượng của thóc gạo trong quá trình bảo quản. 1.1.1.2. Glucid Glucid hay còn gọi là carbonhydrate. Glucid là thành phần chủ yếu và chiếm tỷ lệ cao nhất trong thành phần hạt thóc. Glucid của hạt thóc gồm các monosaccharide (glucose, fructose) và disaccharide (saccharose). Các chất đường này thường tập trung ở nội nhũ của hạt. Ngoài ra, glucid của thóc gạo còn có các polysaccharide tinh bột, cellulose và hemicellulose.[5] Tinh bột là thành phần chính của nội nhũ hạt gạo. Thành phần carbonhydrate không phải tinh bột trong cám và phôi cao hơn nội nhũ. Gạo lứt chứa khoảng 75% carbonhydrate và chiếm khoảng 85- 90% chất khô của gạo. Hàm lượng amylose khoảng 12- 35% trong gạo thường. Gạo nếp có hàm lượng amylopectin cao nên khi nấu sẽ dẻo. Tinh bột của thóc gạo được tạo ra từ amylose và amylopectin. Tinh bột của gạo tẻ có khoảng 17% amylose và 83% amylopectin. Thóc nếp chứa nhiều amylopectin hơn gạo tẻ, hạt gạo trong thường chứa nhiều amylospectin hơn hạt gạo dài. Tinh bột là một loại polysaccharide, cấu tạo bởi phân tử amylose, dây thẳng (gồm các gốc α-D-glucose liên kết với nhau nhờ liên kết 1,4-glucoside có phân tử 5
lượng khoảng 100.000- 160.000 Da) và phân tử amylopectin, dây phân nhánh (α-D- glucose liên kết với nhau nhờ liên kết 1,4-glucoside và liên kết 1,6-glucoside có trọng lượng phân tử tới 400.000 Da). [5] Tinh bột trong phôi nhũ có thể chia thành 2 vùng: vùng cận aleurone và vùng trung tâm. Có 3 dạng protein gắn ở trên màng, thuộc vùng cận aleurone nhưng chỉ có một dạng protein gắn ở vùng trung tâm. Những tinh thể protein hình cầu cực bé trong vùng cận aleurone có đường kính 0,5-0,75µm. Những tinh thể protein lớn hơn, hình cầu trên cả hai vùng, có đường kính 1- 2µm. Tinh thể protein ở vùng cận aleurone bị phân giải bởi pepsin và protease. Loại hình thứ ba của protein ở vùng cận aleurone là “crytasalline”, có đường kính 2- 3,5µm, bị loại thải bởi pepsin nhưng đôi khi lại kháng lại protease trong những điều kiện về pH. [12] Vùng trung tâm là những hạt tinh bột hình đa giác, có kích thước 3- 9µm. Độ cứng của phôi nhũ khác nhau tùy theo giống lúa. Độ cứng của tinh bột được đo bằng giá trị Vicker microhardness (kg/mm2). Tinh bột tự nhiên được giữ trong hạt tinh bột. Hạt tinh bột có đa diện, đường kính khoảng 2- 10µm. Hạt tinh bột có cấu trúc lớp, trong mỗi lớp các phân tử amylose và amylopectin xếp xen kẽ với nhau theo hướng hướng tâm. Ở bề mặt hạt tinh bột còn có một ít protein, chủ yếu là các enzyme tổng hợp tinh bột. Cellulose và hemicellulose là hai hợp phần chủ yếu có trong vỏ trấu và một phần có trong lớp vỏ quả (lớp aleurone). Chúng là những chất có liên quan chặt chẽ đến chỉ tiêu chất lượng thóc gạo. Vì đây là những phần mà con người không thể tiêu hóa được. Đường tự do trong hạt thóc chủ yếu là saccharose, ngoài ra còn có một ít rafinose, glucose, fructose. 1.1.1.3. Protid Hàm lượng protid của thóc gạo thay đổi trong một khoảng khá rộng từ 5,6- 18,2%. Thóc gạo ở Việt nam có hàm lượng protid chỉ chiếm khoảng 6- 12% nhưng lại chứa đầy đủ các acid amin cần thiết không thể thay thế được. 6
Bảng 1.3. Tỷ lệ các protein của các bộ phận trong hạt gạo [5] Đơn vị: % trong tổng số protein Thành phần Albumin Globulin Promalin Glutelin Gạo lứt 5- 10 6- 10 3- 6 70- 80 Phôi 24 14 8 54 Cám 37 39 5 22 Gạo xát 5 9 3 83 Trong lúa gạo, protid chủ yếu được chứa trong phôi (lớp aleurone). Còn trong nội nhũ, protid chỉ tồn tại ở dạng dự trữ. Protid của lúa gạo gồm 4 nhóm prtotein, trong đó chủ yếu là nhóm glutelin (chiếm 75- 85%), còn các nhóm albumin, globulin, promalin chiếm tỷ lệ không đáng kể. 1.1.1.4. Lipid Trong lúa gạo, hàm lượng chất béo rất nhỏ và tập trung ở lớp cám, aleurone và phôi hạt với hàm lượng chiếm trên 2%. Lipid tồn tại ở dạng các chất béo không no bao gồm acid oleic (43,2%), acid linoleic (30,6%) và acid béo no như palmitic (15,5%) và lượng nhỏ các acid béo khác như acid stearic, acid miristis, acid linostearic… Trong thành phần chất béo còn có lượng nhỏ photpho. Do đặc điểm trên nên trong quá trình bảo quản, nếu gặp điều kiện nhiệt độ cao kèm theo thủy phần của thóc gạo cao, quá trình oxy hóa chất béo vẫn dễ dàng xảy ra biến chất và làm hư hỏng thóc gạo.[6][7] 1.1.1.5. Chất khoáng [16] Các chất khoáng vô cơ tập trung ở vỏ trấu, hạt và phôi. Chất khoáng nhiều nhất trong vỏ trấu là silic (Si), trong phôi hạt là photpho (P), kali (K), magie (Mg). Lượng photpho trong hạt lúa tồn tại chủ yếu dạng phytin (83%) và ở dạng nucleotic (13%). 1.1.1.6. Vitamin [16] Trong lúa gạo, thành phần vitamin chủ yếu là các vitamin tan trong nước, còn các vitamin tan trong chất béo chỉ có một lượng không đáng kể. Trong các nhóm 7
tan trong nước, chứa nhiều nhất là B1, kế đến là vitamin B2 và B6, PP, B12… và vitamin H. Phần lớn lượng vitamin tập trung ở lớp vỏ hạt, lớp aleurone và phôi hạt. Phần nội nhũ hạt chứa lượng vitamin rất ít. Vitamin là thành phần dễ mất trong quá trình chế biến và bảo quản lúa hạt. Phần nội nhũ hạt chứa rất ít vitamin. Vitamin là thành phần dễ mất trong quá trình chế biến và bảo quản lúa gạo. Bảng 1.4. Thành phần vitamin trong các loại gạo [5] Đơn vị: mg/kg chất khô Các loại vitamin Gạo lứt Gạo xát Cám Caroten 0,13 Vết 4,2 Thiamin (B1) 2,4 0,35 11,5 Riboflavin (B2) 0,57 0,33 3,0 Niacin (PP) 51 13,7 52,3 Pyridixin (B6) 1,6 1,2 10,3 Pantothenic acid 6,6 3,4 45,0 Biotin 0,066 0,025 0,16 Vitamin B12 0,0005 0,0016 0,005 Vitamin E 13,1 Vết 149,2 1.1.1.7. Enzyme Hầu hết các quá trình xảy ra trong tế bào sống, kể cả trong hạt đều tiến hành dưới tác dụng của các enyme giữ một vai trò quan trọng trong mọi hoạt động sống. Trong thóc gạo có nhiều loại enzyme như; catalase, amylase, lipase, oxidase, peroxidase và các loại enzyme khác.[6] Tùy thuộc vào nhiệt độ, pH môi trường và các chất xúc tác mà các enzyme này có cường độ hoạt động khác nhau, gây cho thóc có những biến đổi về chất lượng nhất định. Có loại enzyme xúc tác phản ứng làm tăng chất lượng thóc gạo, nhưng cũng có loại enzyme hoạt động làm cho thóc gạo bị giảm chất lượng nghiêm trọng. Ví dụ như enzyme phosphorylase xúc tác phản ứng tổng hợp nên tinh bột giúp hạt hoàn thiện hơn về mặt chất lượng trong quá trình chín sau thu hoạch. Nhưng ngược 8
lại, enzyme hydrolase (amylase, lipase…) khi gặp điều kiện thuận lợi sẽ thủy phân các acid hữu cơ phức tạp thành mầm, làm mất giá trị kinh tế của thóc. 1.1.1.8. Mùi thơm của gạo [7] Hương thơm trong gạo được tạo bởi 2-acetyl-1-pyroproline. Tiêu chuẩn đánh giá theo Viện Lúa Quốc tế (IRRI) chia gạo thành 3 cấp: không thơm, hơi thơm, và thơm. 1.1.1.9. Chất màu trong gạo lứt Trong quá trình nghiên cứu, các nhà khoa học đã xác định chất màu trong gạo lứt chính là anthocyanin, là chất màu thực vật thuộc nhóm flavonoid, nhưng có điểm khác cơ bản với flavonoid thông thường là không có nhóm cacbonyl ở C4. Có 3 nhóm anthocyanin chủ yếu là: Pelargonidin (I): màu vàng cam hoặc hồng Cyanidin (II): màu hồng xỉn Delphinidin (III): màu đỏ hoặc tím 1.1.2. Một số tác dụng của gạo lứt ✓ Làm giảm lượng glucose trong máu: Nhiều công trình nghiên cứu đã khẳng định rằng gạo lứt có khả năng kiểm soát và làm giảm hàm lượng glucose trong máu của những người bị bệnh đái đường. Lớp vỏ hạt và lớp alorong của gạo lứt có tác dụng làm giảm hàm lượng glucose trong máu, hàm lượng hemoglobin đã được glycosyl-hóa và cải thiện sự tổng hợp insulin ở các người bị bệnh đái đường type I và type II. Các vitamin nhóm B, gamma-oryzanol, protein, các phức hợp carbohydrate, crôm, chất béo, chất xơ, các tocopherol, các tocotrienol và các chất kháng oxy hóa ở trong gạo lứt thảo dược đều đóng vai trò quan trọng và tích cực trong việc chuyển hóa glucose trong cơ thể, do đó có thể kiểm soát, quản lý và điều hòa hàm lượng glucose trong máu ở người bị bệnh đái đường. [5][6][7] 9
✓ Làm giảm cholesterol và phòng ngừa bệnh tim mạch: Một số chất dinh dưỡng có trong gạo lứt thảo dược như chất xơ, carotenoid, phytosterolvà inositol hexaphosphate (IP6) đều 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. [5] Theo nhiều nghiên cứu khoa học cho biết chất xơ trong gạo lứt giúp phòng ngừa các bệnh liên quan đến đường tiêu hóa và bệnh tim mạch. Các nhà khoa học đã tìm thấy ở trong chất cám bọc ngoài hạt gạo lứt có chất dầu tên là tocotrienol factor (TRF) có tác dụng trừ khử những chất hóa học gây nên hiện tượng đông máu và đồng thời giảm LDL-cholesterol (xấu) và làm tăng HDL- cholesterol (tốt). Bác sĩ Asaf Qureshi thuộc viện đại học Wisconsin, Hoa Kỳ đã thử nghiệm TRF trên một số người và cho kết quả giảm cholesterol từ 12 đến 16%. ✓ Làm giảm nguy cơ của một số bệnh ung thư: Nguyên nhân gây nên bệnh ung thư rất phức tạp, y học đã khuyến cáo mọi người, ngoài việc tránh các loại toxin (độc tố), cần phải ăn các loại thực phẩm lành, an toàn vệ sinh thực phẩm, trong đó gạo lứt là một thực phẩm quan trọng nhất giúp phòng chống một số bệnh ung thư. Trong gạo lứt có chứa chất IP6 là một dược chất nổi tiếng có ích cho cơ thể. Theo tạp chí Cancer, IP6 có hoạt tính chống ung thư rõ ràng và ngăn ngừa việc phát triển tế bào khối u trong ung thư đường ruột và ung thư gan. Trong gạo lứt có chứa hàm lượng chất xơ cao, nhiều công trình nghiên cứu đã chứng minh mối liên quan hết sức mật thiết giữa việc cung cấp chất xơ cao trong chế độ ăn uống và việc giảm nguy cơ các bệnh ung thư ruột kết, ung thư vú. Chất xơ cản trở việc phát triển các khối u bằng cách kết hợp với estrogen ở trong đường ruột và ngăn ngừa nó không bị tái hấp thụ ở trong dòng máu. [7] ✓ Giảm cân ở những người bị bệnh béo phì: 10
Theo Tiến sĩ Nguyễn Thị Lâm, phó viện trưởng viện Dinh dưỡng quốc gia cho biết gạo lứt có chứa các thành phần có tác dụng hiệu quả với những người bệnh tiểu đường, rối loạn mỡ máu và đặc biệt là béo phì. Trong gạo lứt có chứa nhiều alpha lipoic acid được gọi là antoxidant chuyển hóa vì nó tham gia vào quá trình chuyển hóa hydratcarbon và chất béo. Chất này có tác dụng làm giảm mỡ dự trữ, giảm béo thông qua sự tăng tự nhiên lượng glutathion - một sản phẩm trung gian của insulin và liprin (hormone điều hòa trọng lượng cơ thể và mỡ dự trữ). Ngoài ra, do chỉ được xay bỏ vỏ trấu mà giữ lại lớp cám lụa bên ngoài nên hạt gạo lứt vẫn giữ được hơn 90% chất dinh dưỡng đặc biệt là vitamin, các nguyên tố vi lượng có trong mỗi hạt gạo và rất giàu chất xơ. Hàm lượng chất xơ trong gạo lứt cao gấp 2 lần so với gạo thường nên cơ thể sẽ tiêu hóa chậm hơn và mang lại cảm giác no lâu hơn. ✓ Tăng hệ miễn dịch của cơ thể nhằm phòng chống các bệnh thoái hóa và chặn đứng hiện tượng lão hóa sớm: Hệ thống miễn dịch trong cơ thể người có nhiệm bảo vệ cơ thể chống lại các yếu tố có hại như các vi sinh vật gây hại tấn công (vi khuẩn, vi rút, nấm, các loại ký sinh trùng) và chấm dứt việc hình thành và phát triển các tế bào bất bình thường. Do đó, hệ thống miễn dịch bảo vệ cơ thể người chống lại các loại bệnh tật và ốm đau. Tuy nhiên, khi thiếu hụt chất dinh dưỡng, do ốm đau kéo dài, do các kim loại nặng hoặc do các chất độc hại cũng như do stress mà cơ thể chúng ta gặp hằng ngày có thể làm cho hệ thống miễn dịch bị suy yếu. Việc tăng cường dinh dưỡng và hỗ trợ hệ thống miễn dịch là một hoạt động cần thiết, đặc biệt là những người ở tuổi trên 50 bởi vì việc bảo vệ tự nhiên của cơ thể bị giảm sút theo tuổi tác. Các sterol và sterolin đều là những tác nhân hỗ trợ quan trọng giúp cho hệ thống miễn dịch của cơ thể chặn đứng các bệnh ưng thư, tiêu diệt các vi khuẩn, phá huỷ vi rút và làm chậm quá trình lão hóa. Nồng độ sterolin và phytosterol ở trong gạo lứt cao, do đó nó có hiệu quả trong việc kháng vi rút và vi khuẩn. 11