Khóa luận Nghiên cứu quy trình sản xuất gạo mầm và tối ưu hóa quá trình sấy lạnh gạo mầm (Phần 1)

Nội dung text: Khóa luận Nghiên cứu quy trình sản xuất gạo mầm và tối ưu hóa quá trình sấy lạnh gạo mầm (Phần 1)

1. BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP.HCM KHOA CÔNG NGHỆ HÓA VÀ THỰC PHẨM KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP NGÀNH CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM NGHIÊN CỨU QUY TRÌNH SẢN XUẤT GẠO MẦM VÀ TỐI ƯU HÓA QUÁ TRÌNH SẤY LẠNH GẠO MẦM GVHD: TS. LÊ ĐỨC TRUNG SVTH: PHẠM THỊ NHƯ QUỲNH MSSV: 11116053 S K L 0 0 3 9 3 4 Tp. Hồ Chí Minh, tháng 7/2015
2. TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP. HỒ CHÍ MINH KHOA CÔNG NGHỆ HÓA HỌC VÀ THỰC PHẨM BỘ MÔN CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM    KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP MÃ SỐ: 2015-11116053 NGHIÊN CỨU QUY TRÌNH SẢN XUẤT GẠO MẦM VÀ TỐI ƯU HÓA QUÁ TRÌNH SẤY LẠNH GẠO MẦM GVHD : TS. LÊ ĐỨC TRUNG SVTH : PHẠM THỊ NHƯ QUỲNH MSSV : 11116053 THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH – 07/2015 1
3. TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH KHOA CÔNG NGHỆ HÓA HỌC VÀ THỰC PHẨM BỘ MÔN CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM NHIỆM VỤ KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP Họ và tên sinh viên: Phạm Thị Như Quỳnh MSSV: 11116053 Ngành: Công nghệ hóa học và thực phẩm 1. Tên đồ án: Nghiên cứu quy trình sản xuất gạo mầm và tối ưu hóa quá trình sấy lạnh gạo mầm. Mã số đồ án: 2015-11116053 2. Nhiệm vụ của đồ án: - Tổng quan về nguyên liệu gạo lứt, hoạt chất GABA (gamma-amino butyric acid), gạo mầm và các nghiên cứu về gạo mầm. Tổng quan về hệ thống sấy lạnh, phương pháp quy hoạch thực nghiệm và tối ưu hóa. - Khảo sát ảnh hưởng của chế độ ngâm ủ đến tỷ lệ nảy mầm và hàm lượng GABA. - Khảo sát ảnh hưởng của chế độ sấy đến khả năng thoát ẩm và hàm lượng GABA. - Tối ưu hóa quá trình sấy lạnh gạo mầm để tìm chế độ sấy tối ưu. - Đánh giá chất lượng cảm quan của gạo mầm thành phẩm. 3. Ngày giao nhiệm vụ đồ án: 19/01/2015 4. Ngày hoàn thành đồ án: 16/07/2015 5. Họ tên người hướng dẫn: TS. Lê Đức Trung Nội dung và yêu cầu đồ án tốt nghiệp đã được thông qua bởi Trưởng Bộ môn Công nghệ Thực phẩm Tp.HCM, ngày tháng năm 2015 Trưởng Bộ môn Người hướng dẫn
4. KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP GVHD: TS. Lê Đức Trung LỜI CẢM ƠN Đầu tiên tôi xin gửi lời cảm ơn đến các thầy cô Khoa Công nghệ hóa học và thực phẩm - Trường đại học Sư Phạm Kỹ Thuật Tp. Hồ Chí Minh đã tận tình dạy bảo, xây dựng những kiến thức cơ bản cần thiết cho tôi trong suốt quá trình học tập tại trường. Tôi xin gửi lời cảm ơn sâu sắc nhất đến TS. Lê Đức Trung, người thầy đã giúp đỡ và hướng dẫn tận tình cho tôi trong suốt quá trình thực hiện luận văn tốt nghiệp. Đồng thời tôi xin gửi lời cảm ơn đến các thầy cô, anh chị trong Viện Nghiên cứu nuôi trồng thủy sản II đã giúp đỡ, tạo điều kiện thuận lợi về cơ sở vật chất, trang thiết bị để giúp tôi hoàn thành luận văn. Mặc dù gặp nhiều khó khăn trong thời gian vừa qua nhưng được sự động viên, giúp đỡ của gia đình, thầy cô, các anh chị đi trước và bạn bè, tôi đã hoàn thành đúng thời hạn các nhiệm vụ được giao. Tuy nhiên cũng không thể tránh khỏi những thiết sót, mong quý thầy cô đóng góp ý kiến và sửa chữa để nội dung được hoàn thiện hơn. Tôi xin chân thành cảm ơn! Tp. Hồ Chí Minh, tháng 7/2015 Phạm Thị Như Quỳnh Trang i
5. KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP GVHD: TS. Lê Đức Trung LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan toàn bộ nội dung được trình bày trong khóa luận tốt nghiệp là của riêng tôi. Tôi xin cam đoan các nội dung được tham khảo trong khóa luận tốt nghiệp đã được trích dẫn chính xác và đầy đủ theo qui định. Ngày 15 tháng 07 năm 2015 Ký tên Trang ii
6. KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP GVHD: TS. Lê Đức Trung TÓM TẮT KHÓA LUẬN Gạo mầm là gạo đã nảy mầm nhờ ngâm ủ. Quá trình chuyển hoá sinh học trong thời gian tạo mầm tạo cho gạo mầm có giá trị dinh dưỡng khác với gạo trắng thông thường. Đặc biệt gạo mầm có chứa nhiều GABA (Gamma-Aminobutyric Acid), là chất được cho là ảnh hưởng tốt đến sức khoẻ. Trong luận văn này chúng tôi nghiên quy trình sản xuất gạo mầm và tối ưu hóa quá trình sấy lạnh gạo mầm. Gạo lứt đỏ ST có hàm lượng GABA là 42,18 μg/g được sử dụng làm nguyên liệu để nghiên cứu sản xuất gạo mầm. Gạo lứt được ngâm trong nước ở nhiệt độ phòng (30±2oC), sau 5h ngâm gạo lứt đạt khả năng hút nước bão hòa. Sau đó gạo được ủ ở nhiệt độ phòng, tiến hành khảo sát tỷ lệ nảy mầm ở 12, 18, 24, 30, 36, 42h ủ và đo hàm lượng GABA ở 32h, 36h, 40h. Sau 42h tỷ lệ nảy mầm đạt 85,33%; hàm lượng GABA trong quá trình ủ cao nhất tại 36h, đạt 247,44 μg/g. Gạo mầm sau ủ được xử lý vi sinh vật bằng phương pháp chần nước nóng 90oC trong 1 phút. Sau đó gạo mầm được sấy ở nhiệt độ 30, 40, 50oC với tốc độ TNS (tác nhân sấy) 0,6m/s, 1,2m/s và 1,8m/s; độ ẩm từ 35,03 – 35,03 % xuống 9,12 – 10,45 %. Kết quả phân tích cho thấy, nhiệt độ sấy và tốc độ tác nhân sấy càng cao thì tổn thất hàm lượng GABA càng lớn. Tuy nhiên khi tốc độ tác nhân sấy thấp làm kéo dài thời gian sấy, ảnh hưởng tới năng suất và chất lượng gạo sau sấy. Giải bài toán tối ưu hóa quá trình sấy lạnh cho kết quả với nhiệt độ 30oC và tốc độ TNS ở buồng sấy là 1,22m/s thì hàm lượng GABA của gạo mầm đạt cao nhất. Ngoài ra, gạo mầm có hàm lượng chất xơ tăng, hàm lượng đường tổng, protein, lipid giảm so với nguyên liệu gạo lứt ban đầu. Trang iii
7. KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP GVHD: TS. Lê Đức Trung MỤC LỤC LỜI CẢM ƠN i LỜI CAM ĐOAN ii TÓM TẮT KHÓA LUẬN iii MỤC LỤC iv DANH MỤC HÌNH vii DANH MỤC BẢNG viii MỞ ĐẦU 1 CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 3 1.1. Giới thiệu về gạo lứt 3 1.1.1. Khái niệm, phân loại và cấu tạo: 3 1.1.2. Thành phần dinh dưỡng 4 1.2. Giới thiệu về hoạt chất GABA 5 1.3. Quá trình nảy mầm gạo lứt 6 1.3.1. Cơ chế tổng hợp GABA trong quá trình nảy mầm 6 1.3.2 Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình nảy mầm 8 1.3.2.1 Độ chín, hình dạng, kích thước và thành phần hóa học của hạt 8 1.3.2.2 Nước 9 1.3.2.3 Không khí ( oxy và cacbornic ) 9 1.3.2.4 Nhiệt độ 9 1.3.2.5 Các tác nhân kích thích 9 1.4. Giới thiệu về sản phẩm gạo mầm 10 1.5. Các nghiên cứu về gạo mầm trên thế giới và trong nước 12 1.6 Sấy lạnh và hệ thống sấy lạnh sử dụng bơm nhiệt. 16 1.5.1. Sấy lạnh 16 1.5.2. Hệ thống sấy lạnh sử dụng bơm nhiệt 17 1.5.2.1. Giới thiệu 17 1.5.2.2. Chất lượng sản phẩm sau khi sấy 18 1.5.2.3. Ưu và nhược điểm của phương pháp sấy lạnh kiểu bơm nhiệt 18 1.7. Phương pháp quy hoạch thực nghiệm 18 1.7.1. Giới thiệu về quy hoạch thực nghiệm 18 Trang iv
8. KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP GVHD: TS. Lê Đức Trung 1.7.2. Phương pháp quy hoạch thực nghiệm yếu tố toàn phần 19 1.7.3. Phương án cấu trúc có tâm 20 1.7.4. Phương án trực giao cấp hai 22 1.7.5. Thiết lặp bài toán từng mục tiêu và đa mục tiêu 25 CHƯƠNG 2: NGUYÊN VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 27 2.1. Đối tượng, hóa chất, thiết bị, dụng cụ và địa điểm tiến hành thí nghiệm 27 2.1.1. Đối tượng: 27 2.1.2 Hóa chất: 27 2.1.3 Thiết bị, dụng cụ thí nghiệm 27 2.1.4 Địa điểm thực hiện: 27 2.2 Phương pháp thực hiện 28 2.2.1 Phương pháp nghiên cứu công nghệ sản xuất 28 2.2.1.1 Đề xuất quy trình công nghệ 28 2.2.1.2 Giải thích quy trình 28 2.2.2 Sơ đồ nghiên cứu: 29 2.2.3 Phương pháp xác định các chỉ tiêu hóa lý 31 2.2.4 Phương pháp đánh giá thị hiếu người tiêu dùng: 31 2.2.5. Phương pháp xử lý số liệu: 32 2.2.6 Phương pháp quy hoạch thực nghiệm và tối ưu hóa đa mục tiêu 32 2.3 Cách tiến hành thí nghiệm: 32 2.3.1 Thí nghiệm 1: Khảo sát nguyên liệu đầu vào 32 2.3.2 Thí nghiệm 2: Khảo sát khả năng hút nước của hạt trong quá trình ngâm 32 2.3.3 Thí nghiệm 3: Khảo sát ảnh hưởng của thời gian ủ đến tỷ lệ nảy mầm và hàm lượng GABA tích lũy trong quá trình ủ mầm 32 2.3.4 Thí nghiệm 4: Khảo sát ảnh hưởng của nhiệt độ đến độ ẩm và hàm lượng GABA trong quá trình sấy gạo gạo mầm 33 2.3.5 Thí nghiệm 5: Khảo sát ảnh hưởng của tốc độ tác nhân sấy đến độ ẩm và hàm lượng GABA trong quá trình sấy gạo mầm 34 2.3.6 Thí nghiệm 6: Tối ưu hóa quá trình sấy 34 CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ BÀN LUẬN 36 3.1 Kết quả khảo sát các thông số ban đầu nguyên liệu gạo lứt đỏ ST 36 3.2 Khảo sát khả năng hút ẩm của gại trong quá trình ngâm 36 Trang v
9. KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP GVHD: TS. Lê Đức Trung 3.3 Khảo sát ảnh hưởng thời gian ủ đến tỷ lệ nảy mầm và hàm lượng GABA 37 3.4 Khảo sát ảnh hưởng của nhiệt độ đến độ ẩm và hàm lượng GABA theo thời gian sấy: 40 3.5 Khảo sát tốc độ tác nhân sấy đến khả năng thoát ẩm và hàm lượng GABA 43 3.6 Tối ưu hóa quá trình sấy lạnh 44 3.6.1 Giải BTTƯ một mục tiêu-hàm mục tiêu y1- độ ẩm 44 3.6.2 Giải BTTƯ một mục tiêu-hàm mục tiêu y2- tổn thất hàm lượng GABA 45 3.7 Khảo sát thực nghiệm cho thông số tối ưu 47 3.8 Đánh giá hàm lượng dinh dưỡng của sản phẩm gạo mầm thu được 47 3.9 Đánh giá cảm quan và thị hiếu sản phẩm gạo mầm thu được 48 CHƯƠNG 4: KẾT LUẬN 50 4.1 Kết luận: 50 4.2 Kiến nghị: 50 TÀI LIỆU THAM KHẢO 51 Trang vi
10. KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP GVHD: TS. Lê Đức Trung DANH MỤC HÌNH Hình 1.1. Phân biệt gạo lứt, gạo trắng và gạo mầm 3 Hình 1.2 Công thức cấu tạo hóa học của GABA 5 Hình 1.3 Con đường hình thành GABA 7 Hình 1.4 Sự hình thành GABA trong ty thể thực vật 8 Hình 1.5. Thiết bị sấy nhiệt độ thấp 17 Hình 1.6 Sơ đồ nguyên lý hoạt động của máy sấy bơm nhiệt. 17 Hình 1.7: Sơ đồ thí nghiệm phương án cấu trúc có tâm, hai yếu tố 21 Hình 1.8: Sơ đồ thí nghiệm phương án cấu trúc có tâm, ba yếu tố 21 Hình 1.9: Bài toán từng mục tiêu 25 Hình 1.10: Bài toán đa mục tiêu 25 Hình 2.1 Sơ đồ quy trình sản xuất gạo mầm 28 Hình 2.2 Sơ đồ nghiên cứu 30 Hình 2.3: Sơ đồ mô tả đối tượng công nghệ của quá trình sấy lạnh gạo mầm 34 Hình 3.1 . Sự thay đổi của độ ẩm theo thời gian ngâm 37 Hình 3.2 . Sự phát triển về kích thước của mầm gạo theo thời gian ủ 38 Hình 3.3. Tỷ lệ nảy mầm của gạo lứt theo thời gian ủ 39 Hình 3.4. Sự biến đổi của hàm lượng GABA sau 32h, 36h và 40h ủ 40 Hình 3.5. Đồ thị thể hiện ảnh hưởng của nhiệt độ đến khả năng thoát ẩm 41 Hình 3.6. Đồ thị thể hiện ảnh hưởng của tốc độ TNS đến khả năng thoát ẩm. 43 Hình 3.7 Thành phẩm gạo mầm sau sấy và đóng gói hút chân không 47 Trang vii
11. KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP GVHD: TS. Lê Đức Trung DANH MỤC BẢNG Bảng 1.1 Các chỉ tiêu chất lượng của gạo lứt và gạo trắng 4 Bảng 1.2 . Hoạt tính của các dưỡng chất trong gạo mầm 11 Bảng 1.3: Xác định số thí nghiệm qua hệ số m 20 Bảng 1.4: Ma trận quy hoạch cấu trúc có tâm cấp hai, hai yếu tố 22 2 Bảng 1.5: Giá trị α theo k và n0 23 Bảng 2.1: Các phương pháp xác định các chỉ tiêu phân tích 31 Bảng 2.2: Bảng hướng dẫn đánh giá cảm quan sản phẩm 31 Bảng 2.2: Thiết lập bảng các mức yếu tố ảnh hưởng 35 Bảng 2.3: Ma trận TYT 22 với biến thực và biến mã hóa 35 Bảng 2.4: Thành lập ma trận thực nghiệm dựa trên các yếu tố mã hóa 35 Bảng 3.1 Các chỉ tiêu vật lý, hóa lý của nguyên liệu gạo lứt đỏ ST 36 Bảng 3.2. Ảnh hưởng của nhiệt độ đến chất lượng của sản phẩm sau khi sấy 41 Bảng 3.3. Ảnh hưởng của tốc độ tác nhân sấy đến độ ẩm và hàm lượng GABA 44 Bảng 3.4: Mô hình quy hoạch thực nghiệm cho hàm y1 – độ ẩm 44 Bảng 3.5. Mô hình quy hoạch thực nghiệm cho hàm y2 – tổn thất hàm lượng GABA 45 Bảng 3.6: Kết quả tối ưu các hàm đơn mục tiêu 46 Bảng 3.7. Kết quả các giá trị tối ưu của các hàm đơn mục tiêu tương ứng 46 Bảng 3.8. Kết quả khảo sát lại các hàm mục tiêu ứng với các thông số tối ưu 47 Bảng 3.9 So sánh các chỉ tiêu cơ bản giữa gạo lứt và gạo mầm 48 Trang viii
12. KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP GVHD: TS. Lê Đức Trung DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT BTTƯ: Bài toán tối ưu GABA: Gamma- aminobutyric acid GAD : Glutamate decarboxylase PTHQ: Phương trình hồi quy QHTN: Quy hoạch thực nghiệm SSA : Succinic semialdehyde SSADH : Succinic semialdehyde dehydrogenase TNS: Tác nhân sấy Trang ix
13. KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP GVHD: TS. Lê Đức Trung MỞ ĐẦU Trong xã hội ngày càng pháp triển như hiện nay thì đời sống cũng như nhu cầu của con người ngày càng cao, thực phẩm không chỉ phục vụ cho nhu cầu ăn uống mà còn phải cung cấp đầy đủ các dưỡng chất cho cơ thể. Nhưng mặt trái của xã hội là tình trạng con người mắc các bệnh nan y ngày cao, đặc biệt là bệnh đái tháo đường hay còn gọi là tiểu đường. Căn bệnh mà cơ thể không sử dụng được insulin hay không sản xuất đủ insulin làm cho lượng đường trong máu không được chuyển đổi thành năng lượng cho cơ thể, dẫn đến chỉ số đường huyết cao, ảnh hưởng rất lớn đến sức khỏe. Vì vậy con người luôn nghiên cứu để tìm ra các loại thực phẩm với chỉ số đường huyết thấp khuyên dùng cho người bị tiểu đường, một trong số đó là gạo lứt. Một điều bất cập là gạo lứt rất khó ăn và khó nấu, vì thế mà sản phẩm gạo mầm ra đời. Gạo mầm được ngâm và ủ cho nảy mầm từ gạo lứt nên có giá trị dinh dưỡng cao, đồng thời hàm lượng chất xơ cao, chỉ số đường huyết thấp rất có lợi cho chế độ ăn của người bị bệnh tiểu đường và đặc biệt là hàm lượng GABA (một acid amin tự do, phân bố rộng rãi trong tự nhiên, và là một chất dẫn truyền thần kinh trong não và tủy sống của động vật có vú) tăng gấp 10 lần so với gạo thường, 4-6 lần so với gạo lứt. Gạo mầm dễ ăn và dễ nấu hơn gạo lứt nên là một sản phẩm thiết thực cho chúng ta. Bên cạnh những giá trị về mặt dinh dưỡng, sức khỏe thì gạo mầm còn tạo cơ hội cho sự đa dạng hóa các sản phẩm trên thị trường, đồng thời nâng giá trị của hạt gạo về mặt kinh tế. Trong khi Việt Nam là nước đứng thứ 2 về xuất khẩu lúa gạo, với lợi thế về nguồn nguyên liệu dồi dào này thì chúng ta cũng có thể dễ dàng sản xuất ra nhiều mặt hàng từ gạo có giá trị cao như gạo mầm, nhưng trên thị trường Việt Nam sản phẩm gạo mầm còn rất ít phổ biến và các công trình nghiên cứu về gạo mầm rất ít, chỉ có công ty bảo vệ thực vật An Giang đã nghiên cứu thành công và đưa vào sản xuất thực tế. Từ thực tiễn đó, chúng tôi thực hiện đề tài: “Nghiên cứu quy trình sản xuất gạo mầm và tối ưu hóa quá trình sấy lạnh gạo mầm” làm khóa luận tốt nghiệp.  Mục tiêu của đề tài: Nghiên cứu quy trình sản xuất gạo mầm với chất lượng cao và được người tiêu dùng chấp nhận. Tối ưu hóa quá trình sấy lạnh nhằm hạn chế tổn thất hàm lượng GABA.  Đối tượng, phạm vi nghiên cứu: gạo lứt đỏ ST (gạo lứt đỏ Sóc Trăng) Trang 1
14. KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP GVHD: TS. Lê Đức Trung  Nội dung nghiên cứu: - Tìm hiểu về nguyên liệu gạo lứt, hoạt chất GABA (gamma-amino butyric acid), gạo mầm và các nghiên cứu về gạo mầm. Tìm hiểu về hệ thống sấy lạnh, phương pháp quy hoạch thực nghiệm và tối ưu hóa. - Khảo sát ảnh hưởng của thời gian ngâm đến khả năng hút nước của gạo lứt. - Khảo sát ảnh hưởng của thời gian ủ đến tỷ lệ nảy mầm và hàm lượng GABA. - Khảo sát ảnh hưởng của nhiệt độ sấy đến độ ẩm và hàm lượng GABA. - Khảo sát ảnh hưởng của tốc độ tác nhân sấy đến độ ẩm và hàm lượng GABA. - Tối ưu hóa quá trình sấy lạnh gạo mầm và giải bài toán tối ưu hóa. - Đánh giá cảm quan gạo mầm thành phẩm.  Ý nghĩa khoa học và thực tiễn: . Ý nghĩa khoa học: Cơ sở lý luận khoa học về các yếu tố ảnh hưởng đến quy trình sản xuất gạo mầm nói riêng và các sản phẩm hạt nảy mầm nói chung. Nghiên cứu là cơ sở cho các phương pháp tối ưu hóa quá trình nghiên cứu sản phẩm thực phẩm. Nghiên cứu này có thể làm nền tảng cho các nghiên cứu xây dựng quy trình công nghệ cho các sản phẩm hạt nảy mầm khác. . Ý nghĩa thực tiễn: Góp phần phát huy thế mạnh về nguồn nguyên liệu, nâng cao giá trị kinh tế cho nguyên liệu, và đa dạng hóa sản phẩm từ gạo trên thị trường. Gạo mầm có ý nghĩa thực sự to lớn đối với các bệnh nhân bị tiểu đường, đồng thời nó có nhiều dưỡng chất quý có thể được sử dụng như thực phẩm chức năng. Trang 2
15. KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP GVHD: TS. Lê Đức Trung CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 1.1. Giới thiệu về gạo lứt 1.1.1. Khái niệm, phân loại và cấu tạo: Gạo lứt (còn gọi là gạo lật, gạo lức, brown rice) là loại gạo chỉ xay bỏ vỏ trấu vẫn còn lớp cám bọc bên ngoài nên thường có màu nâu, bẻ đôi thấy lõi trắng bên trong, nếu giã sạch lớp cám này sẽ cho ra loại gạo trắng giống như gạo trắng chúng ta ăn hằng ngày. Đây là loại gạo rất giàu dinh dưỡng đặc biệt là các sinh tố và nguyên tố vi lượng. [48] Gạo lứt gồm có ba loại chính: Gạo lứt tẻ hột dài (long grain brown) Gạo lứt tẻ hột tròn (short grain brown rice) Gạo lứt nếp (sweet brown rice) Hạt gạo lứt gồm 3 phần chính: vỏ, phôi và nội nhũ. Lớp vỏ thường có màu trong mờ, hơi xám và dễ bị tách ra trong quá trình xát trắng gạo. Khi lớp vỏ có màu đỏ hoặc màu đen thì gọi là gạo đỏ hay gạo than. Vỏ được cấu tạo từ nhiều lớp tế bào, lớp ngoài cùng gồm các tế bào có kích thước lớn sắp xếp theo chiều dọc hạt, lớp giữa gồm các tế bào tương tự như lớp ngoài nhưng sắp xếp theo chiều ngang hạt. Lớp vỏ có chứa nhiều chất béo và protein nhưng rất ít tinh bột (chiều dày lớp vỏ phụ thuộc vào giống, điều kiện trồng trọt). Ngăn cách giữa lớp vỏ hạt và nội nhũ là lớp alorong. Trong tế bào alorong có chứa các hợp chất proteinide (35-45%), lipid (8-9%), vitamin và tro (11-14%), đường (6-8%), cellulose (7-10%), pentose (15-17%). [44] Hình 1.1. Phân biệt gạo lứt, gạo trắng và gạo mầm [6] Trang 3
16. KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP GVHD: TS. Lê Đức Trung 1.1.2. Thành phần dinh dưỡng Thành phần của gạo lứt gồm tinh bột, chất đạm, chất béo, chất xơ cùng các vitamin như B1, B2, B3, B6; các acid như pantothenic (vitamin B5), paraaminobenzoic (PABA), folic (vitamin M), phytic; các nguyên tố vi lượng như canxi, sắt, magiê, selen, glutathion (GSH), kali và natri. [19] Gạo trắng qua quá trình xay, giã, 77% vitamin B3, 80% vitamin B1, 90% vitamin B6, một nửa lượng mangan và hầu hết chất xơ bị mất đi. Các chuyên gia dinh dưỡng cũng nhận thấy, một lon gạo lứt khi nấu thành cơm chứa 84 mg magiê, trong khi đó ở gạo trắng chỉ có 19 mg. Lớp cám của gạo lứt cũng chứa một chất dầu đặc biệt có tác dụng điều hòa huyết áp, làm giảm cholesterol xấu, giúp ngăn ngừa qua các bệnh tim mạch.[48] Bảng 1.1 Các chỉ tiêu chất lượng của gạo lứt và gạo trắng [19] Chỉ tiêu Gạo lứt Gạo trắng Năng lượng (Kcal/100g) 233 232 Protein (g/100g) 4,880 4,100 Carbohydrate (g/100g) 49,700 49,600 Chất béo (g/100g) 1,170 0,205 Chất xơ (g/100g) 3,310 0,740 Thiamin (B1) (mg/100g) 0,223 0,176 Riboflavin (B2) (mg/100g) 0,039 0,021 Niacin (B3) (mg/100g) 2,730 2,050 Vitamin B6 (mg/100g) 0,294 0,103 Folacin (mcg/100g) 10,000 4,100 Vitamin E (mg/100g) 1,400 0,462 Magie (Mg) (mg/100g) 72,200 22,600 Photpho (P) (mg/100g) 142,000 57,400 Natri (Na) (mg/100g) 137,000 57,400 Kẽm (Zn) (mg/100g) 1,050 0,841 Gạo lứt khó nấu, cơm cứng, có mùi lạ, giàu giá trị dinh dưỡng và có thể được dùng như là thực phẩm chức năng. Loại gạo này là một loại thực phẩm rất giàu chất dinh dưỡng khi so sánh với gạo trắng. Thành phần các chất dinh dưỡng của gạo lứt gần như được giữ lại hoàn toàn không bị mất đi trong quá trình xay xát và đánh bóng. Trang 4
17. KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP GVHD: TS. Lê Đức Trung 1.2. Giới thiệu về hoạt chất GABA Hình 1.2 Công thức cấu tạo hóa học của GABA [50] Gamma-aminobutyric acid (GABA) có công thức phân tử là C4H9NO2, khối lượng phân tử là 103,12 g/mol, nhiệt độ nóng chảy là 203,7oC [50] , là một acid amin tự do phân bố rộng rãi trong tự nhiên, và là một chất dẫn truyền thần kinh trong não và tủy sống của động vật có vú [24]. GABA được tổng hợp lần đầu tiên vào năm 1883 và được biết tới như một sản phẩm của quá trình trao đổi chất trong cơ thể một số loài thực vật và vi khuẩn. Năm 1950 GABA được phát hiện là thành phần bên trong của hệ thống thần kinh trung ương các loài động vật có vú, ở não mô khoảng 0,1-0,6 mg/g. GABA được sinh ra chủ yếu bởi các phản ứng khử carboxyl của acid L-glutamic, xúc tác bởi enzyme, glutamate decarboxylase (GAD) [EC4.1.1.15] [25] . GABA có một số chức năng sinh lý như dẫn truyền thần kinh và cảm ứng có tác dụng hạ huyết áp, tác dụng lợi tiểu, và an thần [35]. Gạo mầm nảy mầm chiết xuất có chứa GABA ức chế tế bào ung thư tăng sinh [33]. Các phương pháp để làm tăng nồng độ GABA của thực phẩm đã được nghiên cứu cho đến ngày nay. Ví dụ, GABA cao hơn ở trong chè GABAron, trà ủ kỵ khí [38], trong giá đậu (đậu tương, gam màu đen, gam màu xanh lá cây) được xử lý bằng carbon dioxide [16] . Cả GABA tự nhiên và tổng hợp đều được sử dụng làm thực phẩm chức năng tại Mỹ. GABA tự nhiên được sản xuất qua quá trình lên men sử dụng Lactobacillus hilgardii – vi khuẩn được dùng để lên men rau quả có trong món ăn truyền thống Kimchi của Hàn Quốc [39] . GABA ức chế huyết áp và cải thiện chứng mất ngủ, và rối loạn kiểm soát quan sát trong suốt thời kỳ mãn kinh [35] . Trang 5
18. KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP GVHD: TS. Lê Đức Trung Liều lượng điển hình của GABA để giải tỏa lo âu hoặc điều trị rối loạn giấc ngủ là 100 – 200 mg, 3 lần sử dụng trên ngày. Liều lượng GABA được phát hiện có ích với một nhóm người bị động kinh trong khoảng 1500 – 2500 mg mỗi ngày [35]. 1.3. Quá trình nảy mầm gạo lứt 1.3.1. Cơ chế tổng hợp GABA trong quá trình nảy mầm Trong quá trình nảy mầm để phôi tăng trưởng cần phải cung cấp chất dinh dưỡng như đạm, hydrocacbon, khoáng, chất béo các chất dinh dưỡng tích tụ trong nội nhũ ở trạng thái không hòa tan (protein) ngưng tụ thành từ chất nguyên sinh có trong tế bào nội nhũ, tinh bột và xiết chặt mạng lưới được bao bọc bởi xenlulo. Khi mầm phát triển, phải hòa tan các chất dự trữ, tấn công màng tế bào để chúng có khả năng thẩm thấu tốt hơn và cho phép các chất dinh dưỡng hòa tan đi qua đến phôi để sử dụng. Công việc này được thực hiện bởi các enzyme và chính phôi là nơi tiết ra các enzyme. Các enzyme này khuếch tán qua ngù, thấm vào nội nhũ. Một phần các chất như amino acid, peptide, maltose, muối khoáng thẩm thấu qua ngù và được tế bào của phôi hấp thụ. Rễ mọc ra từ đuôi hạt và phát triển nhanh [44] . Sự hô hấp của hạt thực chất là quá trình oxi hóa- khử sinh học. Để thực hiện quá trình này, phải qua giai đoạn thủy phân các hợp chất cao phân tử thành các hợp chất thấp phân tử, giai đoạn ngâm và nảy mầm đã thực hiện điều này. Giai đoạn tiếp theo của quá trình phân giải chất hữu cơ là những sản phẩm trung gian tạo thành đi vào chu trình Krebs . Dưới sự xúc tác của các hệ enzyme oxy hóa- khử và qua nhiều chu trình phức tạp, cơ chất bị phân giải theo phản ứng tổng quát : C6H12O6 + 6O2 = 6CO2 + 6H2O + Q Để cho quá trình oxy hóa khử xảy ra, nhất thiết phải có : - Cơ chất : trong trường hợp hạt nảy mầm, cơ chất là những sản phẩm thấp phân tử đã được vận chuyển về phôi. - Oxy : có thể được cung cấp từ ngoài vào hoặc sử dụng nguồn oxy nội tế bào. Nguồn cơ chất như monosaccharide, amino acid Tự bản thân nó đã tiềm ẩn một nguồn năng lượng đó không tự nó phát ra. Nguồn năng lượng tiềm tàng đó được giải phóng khi các cấu tử hợp thành phân tử của cơ chất được phân chia và sắp xếp lại để tạo ra một dạng liên kết mới. Tác nhân hoạt hóa là những enzyme có ở trong phôi của hạt. Ngoài ra còn có sự tham gia của enzyme glutamate decarbonxylase chuyển hóa acid glutamic Trang 6
19. KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP GVHD: TS. Lê Đức Trung thành –aminobutyric acid. Ở thực vật, con đường hình thành GABA chủ yếu gồm 3 enzyme : - Enzyme glutamate cytosolic decarboxylase (GAD, EC 4.1.1.15 ) xúc tác dẫn đến hình thành GABA bởi decarbonxylation trực tiếp mà không thể đảo ngược của acid L- Glutamic. - Enzyme ti thể của GABA transaminase (GABA, EC 2.6.1.19) là xúc tác chuyển đổi để biến đổi thuận nghịch GABA succunic semialdehyde bằng cách sử dụng hoặc pyruvate hoặc α-ketoglutarate là amino acceptors. - Một con đường được xúc tác bởi semialdehyde succinic dehydro genase (SSADH, EC 1.2.1.16) mà không thể khôi phục khả năng oxi hóa succinic semialdehyde thành succinat. Trong ba enzyme, phản ứng xúc tác bởi GAD được xem là có tỉ lệ hạn chế trong quá trình hình thành GABA [10] . Hình 1.3 Con đường hình thành GABA [10] GAD : glutamate decarboxylase GABA : GABA-transminase SSA : succinic semialdehyde SSADH : succinic semialdehyde dehydrogenase. Trong tế bào chết, glutamate được hình thành từ lục lạp, tiếp đó glutamate được enzyme GAD (GAD : decardoxulase glutamate ) xúc tác phản ứng tạo thành GABA .GAD được kích hoạt bởi pH acid và bơi proton Ca2+-CaM, được vận chuyển vào ty thể, nơi đó được chuyển thành semialdehyde succinic nhờ GABA transaminase sử dụng hoặc là ketoglutarate- (của GABA-TK) hoặc pyruvate (của GABA-TP) (Hình 1.4). Cả hai sản phẩm của phản ứng xúc tác bởi SSADH (succinat và NADH) là chất nền cho chuỗi hô hấp ti thể trong đó sản xuất ATP như là một sản phẩm cuối cùng. Một phần succinic semialdehyde được đưa ra màng ti thể trong môi trường tế bào chất dưới tác dụng của reductase semialdehyde succinic ( SSR). [32] Trang 7
20. KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP GVHD: TS. Lê Đức Trung Hình 1.4 Sự hình thành GABA trong ty thể thực vật [32] 1.3.2 Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình nảy mầm 1.3.2.1 Độ chín, hình dạng, kích thước và thành phần hóa học của hạt Hạt nảy mầm tốt ở giai đoạn chín sinh lý, tuy nhiên vẫn có khả năng nảy mầm ở giai đoạn trước chín sinh lý. Các thành phần có trong hạt gạo ảnh hưởng đến khả năng hút ẩm của hạt. Với những giống gạo có hàm lượng amylopectin cao, tốc độ hút ấm sẽ chậm hơn. Còn hàm lượng lipid (chủ yếu tập trung ở vỏ cám bên ngoài) càng cao thì khả năng khuếch tán ầm qua lớp vỏ cám này càng thấp, dẫn đến tốc độ hút ẩm chậm. Về hình dạng, những hạt nào có diện tích xung quanh lớn (tỷ lệ diện tích bề mặt/ thể tích lớn ) thì tốc độ quá trình hút ẩm diễn ra nhanh [6] . Trang 8
21. KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP GVHD: TS. Lê Đức Trung 1.3.2.2 Nước Nước là yêu cầu cơ bản của sự nảy mầm bởi vì nó cần thiết cho các enzyme hoạt động, phá vỡ vỏ cám và cận chuyển vật chất. Hạt giống nảy mầm khi hàm lượng nước của hạt đạt 25-35%, hạt không nảy mầm nếu hàm lượng nước của hạt 40% làm giảm sự nảy mầm [28]. 1.3.2.3 Không khí ( oxy và cacbornic ) Không khí là hỗn hợp 20% oxy, 0,03% CO2 và gần 80% nitơ. Nhiều thí nghiệm khẳng định sự nảy mầm của hầu hết các loài đều cần oxy. Khi CO2 cao hơn 0,03% làm chậm sự nảy mầm trong khi nitơ không ảnh hưởng đến quá trình nảy mầm. Hô hấp là một quá trình oxy hóa cần thiết và cần cung cấp đầy đủ oxy, nếu hàm lượng oxy thấp sẽ làm chậm quá trình nảy mầm của hạt. Mặc dù lúa là loại cây có thể nảy mầm trong điều kiện thiếu oxy nhưng mầm yếu. Khi hàm lượng oxygen hòa tan trong nước tăng, khả năng “đánh thức” các enzyme trao đổi chất bên trong phôi diễn ra nhanh hơn. Do đó, trong nhiều trường hợp, người ta tiến hành sục khí để cung cấp thêm oxygen [44]. 1.3.2.4 Nhiệt độ Sự nảy mầm của hạt là tổ hợp của các quá trình bao gồm nhiều phản ứng và pha khác nhau, một trong những tác nhân là nhiệt độ. Nhiệt độ tối ưu là nhiệt đó mà hạt có % nảy mầm cao nhất. Nhiệt độ yêu cầu có thể thay đổi 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. Nhiệt độ càng cao, tốc độ hút ẩm càng tăng do khả năng khuếch tán ẩm vào trong hạt càng tốt. Tuy nhiên, tổn thất chất khô do hiện tượng hòa tan vào nước lại tăng lên, đồng thời, có thể vô hoạt hệ enzyme có trong phôi, làm phôi chết và hạt không thể nảy mầm. Có nhiều báo cáo trích dẫn một số loài nảy mầm tối ưu khi có nhiệt độ dao động thường xuyên, cho rằng khi nhiệt độ thay đổi là nguyên nhân thay đổi cấu trúc của các phân tử trong hạt. Một vài nghiên cứu khác cho rằng khi nhiệt độ thay đổi tạo ra sự cân bằng các sản phẩm trung gian của quá trình hô hấp [44]. 1.3.2.5 Các tác nhân kích thích Ngoài ảnh hưởng của độ ẩm, oxy và nhiệt độ đến sự nảy mầm, ảnh hưởng của ánh sánh đến sự nảy mầm của hạt cũng đã được nghiên cứu. Phản ứng của hạt hàng trăm loài đã được nghiên cứu và xác định là sự nảy mầm của chúng bị kích thích bởi quang chu kì (ánh sáng và tối ), ½ số loài nghiên cứu có phản ứng với ánh sáng. Cơ chế điều khiển của ánh sáng đến sự nảy mầm của hạt là giống như điều khiển sự ra hoá, kéo dài thân và hình Trang 9
22. S K L 0 0 2 1 5 4