Nghiên cứu xử lý cám gạo tách béo bằng phương pháp enzyme để sử dụng trong sản xuất bánh quy giàu xơ

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

CAO THỊ CHUYÊN

NGHIÊN CỨU XỬ LÝ CÁM GẠO TÁCH BÉO BẰNG
PHƯƠNG PHÁP ENZYME ĐỂ SỬ DỤNG TRONG
SẢN XUẤT BÁNH QUY GIÀU XƠ

Chuyên ngành: Công Nghệ Thực Phẩm
Mã số: 60540101

LUẬN VĂN THẠC SĨ

TP. HỒ CHÍ MINH, tháng 1 năm 2017


Cơng trình được hồn thành tại: Trường Đại học Bách Khoa-ĐHQG-HCM
Cán bộ hướng dẫn khoa học: GS. TS. Lê Văn Việt Mẫn
TS. Trần Thị Thu Trà

Cán bộ chấm nhận xét 1: PGS. TS. Hoàng Kim Anh

Cán bộ chấm nhận xét 2: TS. Lại Quốc Đạt

Luận văn thạc sĩ được bảo vệ tại Trường Đại học Bách Khoa, ĐHQG Tp. HCM
ngày 12 tháng 01 năm 2017.
Thành phần Hội đồng đánh giá luận văn thạc sĩ gồm:
1. TS. Trần Bích Lam
2. PGS. TS. Hoàng Kim Anh

3. TS. Lại Quốc Đạt
4. PGS. TS. Lê Nguyễn Đoan Duy
5. TS. Võ Đình Lệ Tâm
Xác nhận của Chủ tịch Hội đồng đánh giá LV và Trưởng Khoa quản lý chuyên
ngành sau khi luận văn đã được sửa chữa (nếu có).
CHỦ TỊCH HỘI ĐỒNG TRUỞNG KHOA KỸ THUẬT HÓA HỌC


ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP.HCM

CỘNG HÒA XÃ HỘI 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: Cao Thị Chuyên

MSHV: 7140459

Ngày, tháng, năm sinh: 08/02/1990

Nơi sinh: Quảng Ngãi

Chuyên ngành: Công Nghệ Thực Phẩm

Mã số: 60540101

I. TÊN ĐỀ TÀI: NGHIÊN CỨU XỬ LÝ CÁM GẠO TÁCH BÉO BẰNG

PHƯƠNG PHÁP ENZYME ĐỂ SỬ DỤNG TRONG SẢN XUẤT BÁNH QUY
GIÀU XƠ

II. NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG:
1. Khảo sát quá trình xử lý cám gạo tách béo bằng chế phẩm enzyme cellulase: ảnh
hưởng của nồng độ enzyme và thời gian thủy phân đến hàm lượng xơ tổng, xơ
không tan và xơ hòa tan trong cám gạo.
2. Khảo sát ảnh hưởng tỷ lệ cám gạo chưa qua xử lý và đã qua xử lý enzyme đến
tính chất hóa lý của bột nhào và chất lượng bánh quy: thành phần hóa học, các
thông số vật lý, chất lượng cảm quan.

III. NGÀY GIAO NHIỆM VỤ: 11/01/2016
IV. NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ: 02/12/2016
V. CÁN BỘ HƯỚNG DẪN: GS. TS. Lê Văn Việt Mẫn và TS. Trần Thị
Thu Trà
Tp. HCM, ngày 17 tháng 01 năm 2017
CÁN BỘ HƯỚNG DẪN
(Họ tên và chữ ký)

CHỦ NHIỆM BỘ MÔN ĐÀO TẠO
(Họ tên và chữ ký)

TRƯỞNG KHOA
(Họ tên và chữ ký)


i

LỜI CẢM ƠN
Lời đầu tiên, em xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới Thầy GS.TS. Lê Văn Việt

Mẫn và Cô TS. Trần Thị Thu Trà, Thầy và Cô đã hướng dẫn, sửa sai và giúp em hoàn
thành tốt luận văn. Thầy và Cô không chỉ là người giúp em hồn thành luận văn mà
cịn mang đến những bài học quý giá về chuyên ngành công nghệ thực phẩm, bài học
về tư duy và phương pháp luận của một kỹ sư.
Em xin chân thành cảm ơn sự quan tâm, tạo điều kiện của các Thầy Cơ quản
lý phịng thí nghiệm Cơng nghệ Thực Phẩm và phịng thí nghiệm Hóa Sinh, đã giúp
em hoàn thành tốt luận văn; các Thầy Cô trong bộ môn Công nghệ Thực Phẩm –
Trường Đại học Bách Khoa TP. Hồ Chí Minh trong suốt quá trình học tập ở trường.
Cuối cùng, tơi xin gửi lời cám ơn đến bạn bè và những học viên cao học khóa
2014, đợt 2 đã ln chia sẻ và giúp đỡ tơi trong suốt thời gian qua.
Thành phố Hồ Chí Minh, ngày 3 tháng 1 năm 2017
Học viên

Cao Thị Chuyên


ii

TĨM TẮT LUẬN VĂN
Lúa (Oryza sativa) là cây nơng nghiệp phổ biến nhất ở Việt Nam. Tuy nhiên,
hạt lúa được sử dụng chủ yếu ở phần nội nhũ là gạo như một loại lương thực. Cám
gạo được xem là phụ phẩm của quá trình xay xát lúa và chủ yếu chỉ được dùng làm
thức ăn gia súc. Mục đích của luận văn này là phát triển các sản phẩm có giá trị gia
tăng từ cám gạo tách béo, cụ thể hơn là thử nghiệm tạo sản phẩm bánh quy giàu xơ
được làm từ hỗn hợp bột cám gạo và bột mì truyền thống. Luận văn này được chia
làm 2 phần chính: khảo sát q trình xử lý cám gạo bằng chế phẩm enzyme cellulase;
khảo sát ảnh hưởng tỷ lệ cám gạo chưa xử lý và đã qua xử lý enzyme đến tính chất
hóa lý của bột nhào và chất lượng bánh quy gồm các thông số vật lý, thành phần hóa
học, màu sắc và cảm quan.
Điều kiện thích hợp cho quá trình xử lý cám gạo với chế phẩm Viscozyme

Cassava C là nồng độ enzyme 6 U/g cám gạo, thời gian xử lý 2 giờ. Khi đó hàm lượng
xơ tan tăng 43,9%, hàm lượng xơ không tan, xơ tổng và tỷ lệ giữa xơ khơng tan và
xơ hịa tan giảm lần lượt là 12,7%, 8,1% và 39,4% so với mẫu đối chứng. Phân tích
giản đồ phân bố kích thước hạt cám cho thấy kích thước hạt trung bình giảm 11,6%
và diện tích bề mặt riêng tăng 51,6% so với mẫu đối chứng.
Đối với tính chất hóa lý của bột nhào, khi tăng tỷ lệ cám gạo từ 0% đến 50%
so với lượng hỗn hợp bột mì và cám gạo thì độ cứng của bột nhào tăng; độ cố kết, độ
dính và độ phục hồi của bột nhào giảm.
Đối với bánh quy, khi tăng tỷ lệ cám gạo từ 0% đến 50% so với lượng hỗn hợp
bột mì và cám gạo thì hàm lượng protein, tro và chất xơ của bánh quy tăng, hàm
lượng carbohydrate giảm. Khi tăng tỷ lệ cám gạo từ 0% đến 50% thì độ cứng và độ
dày của bánh quy giảm; đường kính và tỷ số nở của bánh quy tăng, màu của bánh
quy bị sậm hơn so với mẫu đối chứng không sử dụng cám gạo.
Quá trình xử lý cám gạo với enzyme cải thiện chất lượng bột nhào và chất
lượng bánh quy so với trường hợp sử dụng cám gạo không qua xử lý enzyme.


iii

ABSTRACT
Rice (Oryza sativa) is the most popular agricultural crop in Viet Nam.
However, rice grain are mainly used as carbohydrate food. Rice bran is a by-product
of the rice milling and mostly utilized as animal feed. The objective of this study was
to develop value-added product from defatted rice bran. Rice bran and wheat flour
were used in high fiber cookies processing. The study was divided into two main
sections: defatted rice bran treatment with cellulase preparation was firstly
investigated; the effects of untreated and treated rice bran on the physico-chemical of
dough and the quality of cookies such as physical parameters, proximate
compositions, color parameters and sensory quality were evaluated.
The appropriate conditions of defatted rice bran treatment with Viscozyme

Cassava C were enzyme concentration of 6 U/g rice bran and biocatalytic time of 2
hours. Under these conditions, the soluble fiber content increased by 43,9%, the
insoluble fiber content, total fiber content, insoluble fiber and soluble fiber ratio
decreased by 12,7%, 8,1% and 39,4%, respectively in comparison with the control.
Particle size distribution showed that the mean size of rice bran particle reduced by
11,6% and the specific surface area increased by 51,6% in comparison with the
control.
As the rice bran ratio changed from 0% to 50% of the content of wheat flour
and rice bran mixture, the obtained doughs had increased hardness and reduced
cohesiveness, adhesiveness and springiness.
As the rice bran ratio changed from 0% to 50% of the content of wheat flour
and rice bran mixture, the obtained cookies had increased ash, protein, dietary fiber
content and decreased carbohydrate contents. Addition to the obtained cookies had
decreased hardness and thickness and improved diameter and spread ratio. High level
of rice bran also led to product with intensive lightness.
The enzymatic treated rice bran significantly improved both doughs and
cookies quality in comparison with the untreated rice bran.


iv

LỜI CAM ĐOAN

Tác giả xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của bản thân tác giả dưới
sự hướng dẫn của GS.TS Lê Văn Việt Mẫn và TS. Trần Thị Thu Trà. Các kết quả
nghiên cứu và các kết luận trong luận văn này trung thực và không sao chép từ bất cứ
một nguồn nào và dưới bất kỳ hình thức nào. Việc tham khảo các nguồn tài liệu đã
được thực hiện trích dẫn và ghi nguồn tài liệu tham khảo đúng theo yêu cầu.

Tác giả luận văn

Cao Thị Chuyên


v

MỤC LỤC
LỜI CẢM ƠN ........................................................................................................... i
TÓM TẮT LUẬN VĂN .......................................................................................... ii
ABSTRACT ............................................................................................................ iii
LỜI CAM ĐOAN ................................................................................................... iv
MỤC LỤC .................................................................................................................v
DANH MỤC BẢNG ............................................................................................. viii
DANH MỤC HÌNH ................................................................................................ ix
DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT ..................................................................... xi
CHƯƠNG 1. GIỚI THIỆU .........................................................................................1
CHƯƠNG 2. TỔNG QUAN .......................................................................................3
2.1. Cám gạo ............................................................................................................3
2.1.1. Giới thiệu chung .........................................................................................3
2.1.2. Thành phần hóa học ...................................................................................4
2.1.3. Chất xơ .......................................................................................................7
2.2. Xử lý cám gạo tách béo bằng enzyme cellulase ...............................................8
2.2.1. Giới thiệu về enzyme cellulase ..................................................................8
2.2.2. Thành phần và tính chất của hệ enzyme cellulase từ Trichoderma reesei.8
2.2.3. Ứng dụng enzyme trong xử lý cám ngũ cốc ............................................10
2.3. Tình hình nghiên cứu và sử dụng cám gạo trong chế biến thực phẩm ...........11
2.4. Tổng quan về bánh quy...................................................................................13
2.4.1. Bánh quy truyền thống .............................................................................13
2.4.2. Bánh quy giàu chất xơ ..............................................................................15
2.5. Điểm mới của đề tài ........................................................................................17

CHƯƠNG 3. NGUYÊN LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ...................18
3.1. Nguyên liệu .....................................................................................................18


vi

3.1.1. Cám gạo tách béo .....................................................................................18
3.1.2. Chế phẩm enzyme ....................................................................................19
3.1.3. Nguyên liệu sử dụng để tạo sản phẩm bánh quy ......................................19
3.2. Nội dung nghiên cứu ......................................................................................21
3.2.1. Mục đích nghiên cứu ................................................................................21
3.2.2. Sơ đồ nghiên cứu ......................................................................................21
3.2.3. Quy trình nghiên cứu ................................................................................23
3.2.4. Bố trí thí nghiệm.......................................................................................27
3.3. Phương pháp phân tích và thiết bị sử dụng ....................................................32
3.3.1. Phương pháp phân tích .............................................................................32
3.3.2. Thiết bị sử dụng ........................................................................................37
3.4. Xử lý số liệu ....................................................................................................38
CHƯƠNG 4. KẾT QUẢ VÀ BÀN LUẬN...............................................................39
4.1. Xác định thành phần hóa học của cám gạo hiệu “Cám Vàng” và bột mì.......39
4.2. Khảo sát quá trình xử lý cám gạo bằng chế phẩm Viscozyme Cassava C .....41
4.2.1. Ảnh hưởng của nồng độ enzyme đến quá trình thủy phân chất xơ trong
cám gạo...............................................................................................................41
4.2.2. Ảnh hưởng của thời gian xử lý enzyme đến quá trình thủy phân chất xơ
trong cám gạo .....................................................................................................43
4.2.3. Ảnh hưởng của q trình xử lý enzyme đến kích thước hạt cám gạo ......45
4.3. Khảo sát ảnh hưởng tỷ lệ cám gạo đến chất lượng bột nhào và bánh quy .....46
4.3.1. Ảnh hưởng tỷ lệ cám gạo đến tính chất hóa lý của bột nhào ...................46
4.3.2. Ảnh hưởng tỷ lệ cám gạo đến thành phần hóa học của bánh quy ............51
4.3.3. Ảnh hưởng tỷ lệ cám gạo đến độ dày, đường kính và tỷ số nở của bánh

quy ......................................................................................................................54


vii

4.3.4. Ảnh hưởng tỷ lệ cám gạo đến các chỉ số màu sắc của bánh quy .............58
4.3.5. Ảnh hưởng tỷ lệ cám gạo đến độ cứng của bánh quy ..............................61
4.3.6. Ảnh hưởng tỷ lệ cám gạo đến chất lượng cảm quan của bánh quy..........62
CHƯƠNG 5. KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ............................................................67
5.1. Kết luận ...........................................................................................................67
5.2. Kiến nghị ........................................................................................................68
TÀI LIỆU THAM KHẢO.........................................................................................69
PHỤ LỤC ..................................................................................................................79
1. Quy trình thực hiện các phương pháp phân tích ................................................79
2. Thiết bị sử dụng .................................................................................................96
3. Số liệu thực nghiệm ...........................................................................................98


viii

DANH MỤC BẢNG
Bảng 2.1 Phân loại bánh quy theo tính chất bột nhào ...............................................14
Bảng 2.2 Các chỉ tiêu hóa lý cơ bản của bánh quy (TCVN 5909:1995) ..................15
Bảng 3.1 Chỉ tiêu chất lượng cám gạo của công ty trách nhiệm hữu hạn Wilmar
Argo Việt Nam, Cần Thơ [69] ..................................................................................18
Bảng 3.2 Chỉ tiêu chất lượng của bột mì số 8 Đại Phong .........................................19
Bảng 3.4 Công thức để khảo sát ảnh hưởng tỷ lệ cám gạo đến chất lượng bột nhào
và bánh quy ...............................................................................................................25
Bảng 3.5 Tỷ lệ cám gạo thay thế bột mì trong cơng thức bánh ................................30
Bảng 4.1 Thành phần hóa học của cám gạo tách béo và bột mì ...............................39

Bảng 4.2 Kết quả phân tích kích thước hạt của cám gạo (Điều kiện xử lý với chế
phẩm Viscozyme Cassava C: nồng độ enzyme 6 U/g cám gạo, thời gian 2 giờ) .....45


ix

DANH MỤC HÌNH
Hình 2.1 Cấu tạo của hạt thóc trưởng thành [11] ........................................................3
Hình 2.2 Sự sắp xếp các thành phần lignin, hemicellulose và cellulose ở thành tế
bào thực vật [22] .........................................................................................................5
Hình 2.3 Cơ chế enzyme thủy phân cellulose (Teeri, 1997) [44]. ..............................9
Hình 3.1 Cám gạo tách béo hiệu “Cám Vàng” của cơng ty trách nhiệm hữu hạn
Wilmar Argo Việt Nam.............................................................................................18
Hình 3.2 Sơ đồ nghiên cứu........................................................................................22
Hình 3.3 Sơ đồ quy trình xử lý enzyme đối với mẫu cám gạo hiệu “Cám Vàng”....23
Hình 3.4 Sơ đồ quy trình tạo bột cám gạo đã qua xử lý enzyme ..............................24
Hình 3.5 Quy trình cơng nghệ làm bánh quy bổ sung cám gạo ................................26
Hình 3.6 Giản đồ lực – thời gian trong phép đo TPA của thiết bị phân tích cấu trúc
LFRA 1000g..............................................................................................................35
Hình 3.7 Giản đồ lực – thời gian trong phép đo đâm xuyên của thiết bị đo cơ lý
Instron .......................................................................................................................36
Hình 4.1 Ảnh hưởng của nồng độ enzyme trong chế phẩm Viscozyme Cassava C
đến thành phần chất xơ trong cám gạo hiệu “Cám Vàng” ........................................41
Hình 4.2 Ảnh hưởng thời gian xử lý enzyme đến thành phần chất xơ trong cám gạo
hiệu “Cám Vàng” ......................................................................................................44
Hình 4.3 Giản đồ phân bố kích thước hạt của cám gạo (Điều kiện xử lý với chế
phẩm Viscozyme Cassava C: nồng độ enzyme 6 U/g cám gạo, thời gian 2 giờ) .....45
Hình 4.4 Hình chụp bề mặt của mẫu cám gạo đối chứng và mẫu xử lý enzyme dưới
kính hiển vi điện tử quét (Điều kiện xử lý với chế phẩm Viscozyme Cassava C:
nồng độ enzyme 6 U/g cám gạo, thời gian 2 giờ) .....................................................46

Hình 4.5 Ảnh hưởng tỷ lệ cám gạo đến tính chất hóa lý của bột nhào: A) Độ cứng,
B) Độ cố kết, C) Độ phục hồi, D) Độ dính ...............................................................47
Hình 4.6 Ảnh hưởng tỷ lệ cám gạo đến thành phần hóa học của bánh quy..............51
Hình 4.7 Ảnh hưởng tỷ lệ cám gạo đến thành phần chất xơ trong bánh quy ...........53
Hình 4.8 Ảnh hưởng tỷ lệ cám gạo đến độ dày của bánh quy ..................................54
Hình 4.9 Ảnh hưởng tỷ lệ cám gạo đến đường kính của bánh quy ..........................55


x

Hình 4.10 Ảnh hưởng tỷ lệ cám gạo đến tỷ số nở của bánh quy ..............................56
Hình 4.11 Ảnh hưởng tỷ lệ cám gạo đến các chỉ số màu sắc của bánh quy: A) giá trị
a, B) giá trị b, C) giá trị L..........................................................................................59
Hình 4.12 Ảnh hưởng tỷ lệ cám gạo đến độ cứng của bánh quy ..............................61
Hình 4.13 Ảnh hưởng tỷ lệ cám gạo chưa xử lý enyzme đến chất lượng cảm quan
của bánh quy .............................................................................................................63
Hình 4.14 Ảnh hưởng tỷ lệ cám gạo đã qua xử lý enzyme đến chất lượng cảm quan
của bánh quy .............................................................................................................65


xi

DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT

TDF (total dietary fiber): chất xơ tổng
IDF (insoluble dietary fiber): chất xơ khơng hịa tan
SDF (soluble dietary fiber): chất xơ hịa tan
IDF/SDF: chất xơ khơng hòa tan / chất xơ hòa tan

1

CHƯƠNG 1. GIỚI THIỆU
Lúa (Oryza sativa) là cây nông nghiệp phổ biến nhất ở Việt Nam. Theo số liệu
thống kê được công bố của Food Outlook số tháng 6 năm 2016, từ năm 2014 đến
2016 Việt Nam đứng thứ 5 về sản xuất lúa và thứ 3 về xuất khẩu gạo. Dự báo trong
năm 2016, Việt Nam sẽ thu hoạch được khoảng 28,9 triệu tấn lúa [1]. Cám gạo là phụ
phẩm của quá trình xay xát lúa, chiếm khoảng 8 – 10% trọng lượng hạt lúa [2].
Cám gạo tách béo là phụ phẩm của quá trình sản xuất dầu cám gạo; thành phần
dinh dưỡng gồm protein, khoáng, tinh bột và chất xơ với tỷ lệ cao hơn so với cám
gạo nguyên béo [3]. Công ty trách nhiệm hữu hạn Wilmar Argo Việt Nam đã đầu tư
dây chuyền công nghệ hiện đại trích ly dầu cám gạo với năng suất xấp xỉ 500 tấn
nguyên liệu/ngày. Hàm lượng béo trong cám gạo khoảng 15 – 20%, như vậy trung
bình mỗi ngày có khoảng 400 tấn cám gạo được tạo ra. Phần cám này được sản xuất
thành thức ăn gia súc với các thương hiệu “Cám Vàng” và “Kim Trư”. Mặc dù cám
gạo tách béo giàu dinh dưỡng, không gây dị ứng, sẵn có và rẻ tiền nhưng hiện nay
nguồn nguyên liệu này chủ yếu chỉ được dùng làm thức ăn gia súc [4].
Bánh quy là sản phẩm được sử dụng phổ biến trên thế giới. Bánh quy giàu
carbohydrate, chất béo và năng lượng nhưng lại nghèo chất xơ, vitamin và khoáng
[5]. Hiện nay, trên Thế Giới và Việt Nam đang phát triển dòng sản phẩm bánh quy
giàu xơ từ hạt ngũ cốc nguyên cám. Nguyên liệu được sử dụng chủ yếu là hạt lúa mì
và hạt yến mạch nguyên cám; đây là những nguồn ngũ cốc khơng sẵn có ở Việt Nam.
Với hàm lượng chất xơ khoảng 20 – 51%, cám gạo được xem là nguồn cám ngũ cốc
giàu chất xơ [2]. Ở nước ta, cám gạo tách béo là nguồn nguyên liệu rẻ tiền và sẵn có
nên có thể sử dụng để thay thế một phần bột mì tạo sản phẩm bánh quy giàu xơ; giúp
cải thiện hàm lượng chất xơ, protein và khoáng cho sản phẩm bánh quy. Trên thế
giới, cám gạo tách béo được nghiên cứu bổ sung vào bánh muffin [6], bánh quy [7],
bánh mì [8] và chapati [3]. Tỷ lệ bổ sung cám gạo tách béo vào sản phẩm bị giới hạn
ở mức 10 – 20% do tỷ lệ cao làm ảnh hưởng xấu đến chất lượng sản phẩm như giảm
tỷ lệ nở và độ giòn của bánh, tăng độ cứng và độ nhám của bánh [9]. Đến nay ở Việt

2

Nam chưa có cơng bố nào liên quan đến việc bổ sung cám gạo tách béo vào bánh quy
và các sản phẩm thực phẩm khác. Theo nghiên cứu của Shneeman và cộng sự (1987)
thì nguồn xơ được xem là có tác dụng tốt cho sức khỏe cần chứa 30 – 50% xơ hòa
tan (soluble dietary fiber – SDF) và 50 – 70% xơ khơng hịa tan (insoluble dietary
fiber – IDF), tỷ lệ IDF/SDF phải xấp xỉ 2:1 [10]. Cám gạo tách béo với thành phần
chủ yếu là xơ khơng hịa tan bao gồm cellulose, hemicellulose và lignin; tỷ lệ
IDF/SDF xấp xỉ 11:1. Vì vậy, cần phải có giải pháp phù hợp để xử lý nguồn nguyên
liệu cám gạo tách béo này nhằm làm tăng tỷ lệ xơ hòa tan và giảm tỷ lệ xơ khơng hịa
tan. Việc sử dụng chế phẩm enzyme có thể làm thay đổi tỷ lệ IDF/SDF trong cám
gạo. Từ những lập luận ở trên, chúng tôi thực hiện đề tài “Nghiên cứu xử lý cám gạo
tách béo bằng phương pháp enzyme để sử dụng trong sản xuất bánh quy giàu xơ”.
Chúng tôi hy vọng kết quả nghiên cứu sẽ đóng góp một phần dữ liệu làm cơ sở cho
việc triển khai ứng dụng trong công nghiệp nhằm tận dụng hiệu quả phụ phẩm sẵn có
để tạo ra các sản phẩm có giá trị gia tăng và tốt cho sức khỏe.


3

CHƯƠNG 2. TỔNG QUAN
2.1. Cám gạo
2.1.1. Giới thiệu chung
Cấu tạo của hạt thóc trưởng thành được thể hiện ở Hình 2.1.
Râu hạt
Mày hạt
Vỏ trấu

Lớp aleurone
Tế bào nội nhũ với
hạt tinh bột

Lớp nucellar
Vỏ hạt (seed coat)

Cám

Vỏ quả (pericap)

Chồi mầm
Vảy
Rễ mầm
Hình 2.1 Cấu tạo của hạt thóc trưởng thành [11]
Cám gạo là phụ phẩm chính thu được sau khi xát gạo lứt và thường chiếm
khoảng 8 – 10% trọng lượng hạt lúa. Cám gạo là hỗn hợp của các thành phần từ lớp
vỏ nội nhũ, mầm phôi hạt, cũng như một phần từ tấm [2]. Cám gạo có màu vàng sáng
và có mùi đặc trưng. Thành phần hóa học của cám gạo thay đổi phụ thuộc vào giống
lúa, điều kiện trồng trọt và phương pháp xay xát [12]. Theo De Campos (2006), thành
phần hóa học của cám gạo bao gồm: 11 – 15% protein, 34 – 62% carbohydrate trong
đó có 7 – 11% xơ thô, 7 – 10% tro, 15 – 20% lipid và 7 – 14% ẩm [13]. Cám gạo tách
béo là phụ phẩm của quá trình sản xuất dầu cám gạo [14]. Quá trình tách béo làm
tăng hàm lượng chất xơ, tinh bột, protein và tro trong cám gạo do chất béo đã được
loại đi [8].


4

2.1.2. Thành phần hóa học

Carbohydrate
Carbohydrate chiếm khoảng 34 – 62% hàm lượng chất khô của cám gạo bao
gồm các thành phần chính như cellulose, hemicellulose và tinh bột [15].
Tinh bột khơng tồn tại trong các thành phần hình thành nên cám gạo nhưng
trong quá trình xay xát, dưới tác động của ngoại lực, nội nhũ bị vỡ ra và rơi vào trong
cám. Lượng tinh bột này rất khác nhau, phụ thuộc vào mức độ nghiền và chiếm
khoảng 5 – 35% chất khơ của cám gạo [16]. Những đặc tính của tinh bột cám gạo
như sự trương nở, nhiệt độ hồ hóa của nó khá tương đồng với tinh bột gạo. Nhiệt độ
hồ hóa của tinh bột gạo là 70 – 800C [17].
Cellulose là polysaccharide chính cấu tạo nên thành tế bào thực vật, chiếm
khoảng 9,6 – 12,8% lượng carbohydrate và tập trung nhiều ở lớp vỏ lụa của hạt [16].
Đây là các polymer mạch thẳng cấu tạo từ đơn phân là D-glucose thông qua các liên
kết β(1,4) – D – glycoside sắp xếp có trật tự [18]. Cellulose thường bao gồm từ 6000
– 12000 đơn phân [19]. Cellulose là thành phần được quan tâm vì cấu trúc mạch
polysaccharide vững chắc và khả năng hút nước cao của cellulose sẽ ảnh hưởng rất
lớn đến chất lượng của bánh quy.
Hemicellulose chiếm khoảng 8,7 – 14,7% lượng carbohydrate [16].
Hemicellulose là polysaccharide được cấu tạo từ các đường đơn bao gồm cả đường
6 carbon như glucose, galactose, mannose và đường 5 carbon như xylose, arabinose
và rhamnose. Hemicellulose thường bao gồm từ 500 – 3000 đơn phân. Hemicellulose
trong cám gạo chủ yếu là xylan và arabinoxylan, trong đó xylan được cấu tạo từ đơn
phân là β-D-(1,4) xylose còn arabinoxylan được cấu tạo từ đơn phân là β-D-(1,4)
xylose và gắn với mạch nhánh arabinose (tỷ lệ arabinose : xylose là 1:8) [20].
β-glucan được cấu tạo từ đơn phân là β-(1,4) glucose và β-(1,3) glucose, chiếm
tỷ lệ rất nhỏ trong cám gạo [16].
Đường tự do tập trung chủ yếu ở lớp aleurone (3 – 5%), bao gồm: glucose,
fructose, sucrose, raffinose [16].


5

Một thành phần khác trong thành tế bào thực vật là lignin (7,7 – 13,1% lượng
carbohydrate) [16]. Lignin là phức hợp polymer mạch nhánh, khơng hịa tan của các
đơn vị phenylpropane được liên kết với nhau bởi liên kết ether, từ đó hình thành nên
mạng lưới liên kết ngang trong thành tế bào thực vật, liên kết chặt chẽ với cellulose
và hemicellulose tạo nên độ cứng chắc cho thành tế bào [18].
Hemicellulose liên kết và hình thành lớp màng bao phủ bên ngồi cellulose
thơng qua liên kết hydro, đồng thời hemicellulose cịn liên kết với lignin tại nhiều vị
trí khác nhau bằng liên kết cộng hóa trị. Sự sắp xếp chặt chẽ giữa các thành phần
cellulose, lignin và hemicellulose tạo thành mạng không gian 3 chiều vững chắc cho
thành tế bào thực vật như Hình 2.2 [21].

Hình 2.2 Sự sắp xếp các thành phần lignin, hemicellulose và cellulose ở thành tế
bào thực vật [22]
Protein
Protein trong cám gạo phần lớn tập trung ở lớp sub-aleurone [23]. Hàm lượng
protein trong cám gạo khoảng 11 – 15%. Trong cám gạo tách béo, lượng protein có
thể lên đến 20% với bốn thành phần chính bao gồm albumin, globulin, prolamin và
glutelin, với tỷ lệ tương ứng là 37%, 36%, 5% và 22% [16]. Protein của cám gạo được


6

tiêu hóa hiệu quả và có giá trị dinh dưỡng cao; hệ số hiệu quả sử dụng protein (protein
efficiency ratio) của protein cám gạo là 1,6 [24]. Protein đậm đặc từ cám gạo có hệ
số hiệu quả sử dụng protein là 2,0 – 2,2, trong khi đó hệ số này của casein là 2,5 [24].
Protein của cám gạo giàu lysine và threonine, các amino acid tự do chủ yếu là acid
glutamic, alanine và serine [25].
Lipid
Hàm lượng lipid trong cám gạo khoảng 15 – 20%. Trong cám gạo tách béo,

hàm lượng lipid thường không quá 3% [25]. Dầu cám gạo chứa 76% acid béo khơng
bão hịa và 24% acid béo bão hịa. Trong nhóm acid béo khơng bão hịa có chứa
38,4% acid oleic, 34,4% acid linoleic và 2,2% acid linolenic. Trong nhóm acid béo
bão hịa có chứa 21,5% acid palmitic và 2,9% acid stearic [26]. Ngồi ra, lipid của
cám gạo cịn chứa nhiều hợp chất chống oxi hóa như tocotrienol, γ-oryzanol, βsitosterol [27]. Cám gạo có hạn sử dụng ngắn do hàm lượng béo cao và có chứa
enzyme lipase [12]. Cám gạo tách béo dễ bảo quản do đã tách đi phần lớn lượng chất
béo và đã bất hoạt được enzyme lipase.
Khoáng
Hàm lượng khoáng trong phần cám và cám mịn sau đánh bóng hạt gạo cao
gấp 3 lần trong nội nhũ của hạt gạo. Thành phần khoáng của cám gạo bao gồm P
(14800-28680 ppm), K (13650-23960 ppm), Mg (8650-12300 ppm), Mn (110-877
ppm), Al (53-369 ppm), Ca (140-1310 ppm), Fe (190-530 ppm), Zn (80 ppm); P
chiếm tỷ lệ cao nhất trong thành phần khoáng của cám gạo [16].
Vitamin
Vitamin trong cám tập trung chủ yếu ở lớp vỏ ngoài của hạt gạo, đặc biệt là ở
lớp aleurone và vảy mầm (scutellum). Cám gạo giàu vitamin nhóm B gồm thiamine,
riboflavin và niacin [16].
Chất ức chế dinh dưỡng
Tác nhân kháng dinh dưỡng trong cám gạo gồm yếu tố kháng trypsin, yếu tố
kháng pepsin, haemagglutinin-lectin và phytate [28]. Theo Younas và cộng sự (2011)


7

các thành phần này có bản chất là protein, ngoại trừ phytate. Nhiệt độ có thể làm biến
tính protein và làm giảm các thành phần ức chế dinh dưỡng trong cám gạo [28].
Enzyme
Enzyme trong cám gạo có nguồn gốc từ mầm và lớp ngoài cùng của hạt gạo,
bao gồm các loại: α – và β – amylase, ascorbic oxidase, catalase, cytochrome oxidase,
dehydrogenase, deoxyribonuclease, esterase, flavin oxidase, α – và β – glycosidase,

invertase, lecithinase, lipase, lipoxygenase, pectinase, peroxidase, phosphatase,
phytase, proteinase và succinate dehydrogenase [29]. Trong đó, lipase, lipoxygenase
và peroxidase ảnh hưởng rất lớn đến chất lượng và thời gian bảo quản của cám gạo.
Trong hạt ngũ cốc nguyên vẹn, lipase tập trung trong lớp vỏ lụa của hạt (testa
– cross), lipid nằm ở lớp aleurone và các lớp mầm nên lipase và lipid khơng tiếp xúc
nhau. Trong q trình xay xát, enzyme và cơ chất được “giải phóng” ra. Lipase thúc
đẩy sự thủy phân lipid trong cám gạo thành glycerol và acid béo tự do. Lipase trong
cám gạo sẽ bị vô hoạt khi gia nhiệt lên 600C trong 15 phút. Trong điều kiện bảo quản
bình thường, lipid cám gạo là thành phần rất dễ bị thủy phân, tốc độ thủy phân trung
bình 5 – 10%/ngày ở nhiệt độ phịng, độ ẩm khơng khí 80% [29]. Các acid béo tự do
dễ bị oxy hóa. Cám ơi khơng chỉ bị giảm đi giá trị cảm quan mà còn giảm chất lượng
dinh dưỡng và an toàn. Các nghiên cứu gần đây cho thấy việc tách dầu nhanh chóng
khi cám vừa mới xay xát sẽ làm cho cám lâu bị hư. Cám gạo tách béo có ẩm độ thấp,
giàu protein, vitamin và khống chất, hàm lượng lipid thấp, thời gian bảo quản có thể
lên đến một năm.
2.1.3. Chất xơ
Chất xơ (dietary fiber) được định nghĩa là phức hợp carbohydrate cấu tạo nên
thành tế bào thực vật, bao gồm cả oligosaccharide và polysaccharide như cellulose,
hemicellulose, hợp chất pectic, gum, tinh bột bền, inulin. Các thành phần này có thể
kết hợp với lignin và các thành phần không được xếp vào carbohydrate khác như
polyphenol, sáp, saponin, cutin, phytate và protein [30].


8

Chất xơ được phân loại thành chất xơ hòa tan và khơng hịa tan [31]. Nhóm
chất xơ hịa tan bao gồm pectic, gum, chất nhầy và một vài loại hemicellulose.
Cellulose, lignin và những hemicellulose cịn lại được xếp vào nhóm chất xơ khơng
hịa tan [31]. Chất xơ trong cám gạo gồm cellulose, hemcellulose và lignin; chủ yếu
là chất xơ không hịa tan.

Chất xơ từ cám gạo có tác dụng nhuận tràng [2], giảm cholesterol trong máu
[32] [33], giảm nguy cơ mắc các bệnh về tim mạch [34, 35], giảm nguy cơ mắc các
bệnh xơ vữa động mạch [16], bệnh chi nang ruột non và ung thư kết tràng [36].
2.2. Xử lý cám gạo tách béo bằng enzyme cellulase
2.2.1. Giới thiệu về enzyme cellulase
Có ít nhất 3 enzyme liên quan đến sự thủy phân cellulose thành cellobiose và
cuối cùng là glucose.
Endoglucanase (EC 3.2.1.4): thủy phân liên kết β-1,4-glycoside ở giữa mạch
cellulose một cách ngẫu nhiên, chủ yếu trong vùng vô định hình và thể hiện hoạt tính
thấp khi thủy phân cellulose tinh thể [37].
Exoglucanase hay cellobiohydrolase (EC 3.2.1.91): thủy phân liên kết β-1,4glycoside tạo ra cellobiose từ đầu không khử của cello-oligosaccharide, cellulose tinh
thể và cellulose vơ định hình [38, 39].
Cellobiase hoặc β-glucosidase (EC 3.2.1.21): thủy phân cellobiose thành hai
phân tử glucose [40].
2.2.2. Thành phần và tính chất của hệ enzyme cellulase từ Trichoderma reesei
Trichoderma reesei là nấm sợi quan trọng trong ngành cơng nghệ sinh học,
lồi này sinh tổng hợp cellulase có hoạt tính cao. Cellulase được sinh ra từ T. reesei
là các endoglucanase (EG), cellobiohydrolase (CBH) và cellobiase (β-glucosidase,
BGL). Theo các nghiên cứu của Nidetzky và cộng sự (1994) [41, 42], Ulker và Sprey
(1990) [43] thì CBH I chiếm 50%, CBH II chiếm 20%, EG I chiếm 10-15%, EG II


9

chiếm 5-10%, EG III chiếm 1%, EG IV, EG V và β-glucosidase mỗi loại chiếm dưới
1% tổng lượng cellulase trong hỗn hợp enzyme thơ do T. reesei tiết ra.

Hình 2.3 Cơ chế enzyme thủy phân cellulose (Teeri, 1997) [44].
CHB tấn công vào vùng tinh thể tại phần cuối mỗi chuỗi và EG tấn cơng vào vùng
vơ định hình ở vị trí bất kỳ. R là đầu khử cịn NR là đầu không khử. C là vùng tinh

thể.
Việc loại bỏ EG I và EG II trong hỗn hợp enzyme thô sẽ khơng ảnh hưởng tới
khả năng thủy phân hồn tồn cellulose từ cotton. Trong khi đó nếu loại bỏ CBH I và
CBH II khỏi hỗn hợp enzyme thơ thì hiệu quả thủy phân cellulose từ cotton bị giới
hạn ở giá trị 3%; vì vậy sự có mặt của CBH I và CBH II trong hỗn hợp enzyme là cần
thiết để thủy phân hồn tồn cellulose tinh thể [45].
Một mình CBH I có khả năng thủy phân cellulose từ cotton nhưng rất chậm.
Những nghiên cứu khác trên cellulose vi tinh thể cũng chỉ ra rằng nếu có EG I và II
trong hỗn hợp enzyme thì trong thời gian ngắn hơn, hỗn hợp enzyme này có thể giảm
mức độ polymer hóa của cellulose một cách đáng kể. Những kết quả trên cho thấy
CBH thủy phân cellulose theo từng bước, hết chuỗi này đến chuỗi khác. EG I tác
dụng nhanh hơn CBH I trong giai đoạn đầu của quá trình thủy phân nhưng sau khi
phân cắt các chuỗi cellulose ở bề mặt – là những vị trí mà nó có thể tiếp cận thì hoạt
động của nó dường như kết thúc [45].


10

2.2.3. Ứng dụng enzyme trong xử lý cám ngũ cốc
Enzyme cellulase đã được ứng dụng thủy phân cellulose trong cám gạo và các
loại cám ngũ cốc khác để hỗ trợ q trình trích ly protein và một số hợp chất khác.
Hourigan và cộng sự (1997) đã sử dụng chế phẩm cellulase để trích ly protein từ cám
gạo. Q trình xử lý enzyme được thực hiện với nồng độ enzyme: 0 – 360 NCU/g
(Novo Cellulase Units), thời gian: 1 – 5 giờ, nhiệt độ: 500C. Kết quả cho thấy việc
trích ly có sử dụng cellulase thu được hàm lượng protein tăng 12,9% so với mẫu đối
chứng [46]. Patindol và cộng sự (2007) cũng đã sử dụng chế phẩm cellulase để tăng
hiệu quả trích ly oligosaccharide từ cám gạo tách béo. Quá trình xử lý enzyme được
thực hiện với nồng độ enzyme: 0, 0,5, 1 và 2% so với lượng chất khô của cám gạo,
thời gian: 1, 3, 5 và 16 giờ, nhiệt độ: 30, 40 và 500C. Kết quả cho thấy hiệu quả trích
ly oligosaccharide cao nhất (37,5%) so với mẫu đối chứng (13,4%) với thời gian xử

lý: 1 giờ, nồng độ enzyme: 1%, nhiệt độ 500C [47]. Grossman và cộng sự (1980) cũng
nhận thấy hiệu quả trích ly protein từ bột kiều mạch tăng 51,4% khi sử dụng chế phẩm
cellulase [48].
Trong công nghiệp thực phẩm, kết quả nghiên cứu trước đây cho thấy bổ sung
nguồn nguyên liệu giàu chất xơ vào bánh nướng sẽ cải thiện giá trị dinh dưỡng và
mang lại những lợi ích tốt cho sức khỏe nhưng mức độ chấp nhận sản phẩm sẽ thấp
[9]. Nhiều nghiên cứu đã được thực hiện để cải thiện chất lượng của những sản phẩm
này, trong đó chủ yếu là sử dụng enzyme, phụ gia, sử dụng các quá trình kỹ thuật như
ép đùn hay lên men. Xử lý bằng phương pháp enzyme cho thấy mang lại hiệu quả tốt
và là phương pháp được quan tâm nhiều. Hiện nay, hầu hết các nghiên cứu đều tập
trung vào xử lý nguồn cám ngũ cốc giàu chất xơ có thành phần chủ yếu là xylan và
arabinoxylan như cám lúa mì, cám lúa mạch đen và cám yến mạch bằng chế phẩm
enzyme xylanase để bổ sung vào bánh mì. Trong đó, Laurikainen và cộng sự (1998)
[49] đã xử lý cám lúa mạch đen bằng chế phẩm chứa hoạt tính xylanase và α-amylase
rồi sử dụng để thay thế 5% bột mì trong sản xuất bánh mì. Giải pháp xử lý enzyme
làm tăng thể tích riêng của bánh mì xấp xỉ 20%, giảm 54% độ cứng và 37% tỷ lệ nứt
của bánh so với mẫu đối chứng sử dụng cám không qua xử lý enzyme. Sự cải thiện


11

này được giải thích là do enzyme làm thay đổi mạch polysaccharide cấu tạo nên thành
tế bào của các thành phần trong cám lúa mạch đen. Khi đó diện tích chiếm chỗ của
thành tế bào nội nhũ giảm đi đồng thời hàm lượng SDF và pentosan lại tăng lên.
Uysal và cộng sự (2007) [50] cũng đã sử dụng enzyme xylanase để cải thiện chất
lượng của bánh quy có bổ sung chất xơ từ chanh, táo, lúa mì và cám lúa mì; hàm
lượng xylanase sử dụng là 0,4% và tỷ lệ thay thế bột mì bằng chất xơ là 15, 20 và
30%. Kết quả cho thấy chế phẩm xylanase làm giảm độ cứng và tăng tỷ số nở ở tất
cả các mẫu; tuy nhiên giải pháp xử lý enzyme không cải thiện được chất lượng cảm
quan của bánh quy.

Gần đây, Lebesi và Tzia (2012) đã sử dụng enzyme xylanase để xử lý cám gạo
trước khi bổ sung vào bánh bông lan để phát triển dịng bánh giàu xơ. Q trình xử
lý được thực hiện với ba nồng độ enzyme là 0 ppm – 70 ppm – 700 ppm, thời gian
30 phút, nhiệt độ 400C, tỷ lệ cám : nước là 35 : 65; tỷ lệ cám gạo thay thế bột mì là
30%. Kết quả cho thấy, xử lý enzyme làm giảm xấp xỉ 9% hàm lượng IDF, tăng xấp
xỉ 42,3% hàm lượng SDF của cám gạo so với mẫu đối chứng. Cám gạo đã qua xử lý
enzyme giúp cải thiện cấu trúc, cảm quan và thể tích của bánh khi bổ sung vào bánh
bông lan. Đến nay, các nghiên cứu về xử lý cám gạo bằng phương pháp enzyme để
bổ sung vào thực phẩm cịn chưa nhiều.
2.3. Tình hình nghiên cứu và sử dụng cám gạo trong chế biến thực phẩm
Lượng cám gạo tạo thành tại các cơ sở chế biến lúa gạo của nước ta là rất lớn
và hiện đang được sử dụng chủ yếu để làm thức ăn chăn ni. Đến nay, Việt Nam chỉ
mới có cơng ty trách nhiệm hữu hạn Wilmar Agro Việt Nam với dây chuyền cơng
nghệ hiện đại trích ly dầu cám. Lượng dầu này sẽ được cung cấp cho công ty dầu thực
vật Cái Lân để tiếp tục sản xuất thành dầu tinh luyện. Phần cám đã qua tách béo được
sử dụng làm thức ăn gia súc và thương mại hóa với nhãn hiệu “Cám Vàng” và “Kim
Trư”. Cám gạo tách béo có thời gian bảo quản dài (từ sáu tháng đến một năm) và
được đánh giá là nguồn nguyên liệu tiềm năng với giá trị dinh dưỡng cao. Nghiên
cứu để nâng cao hơn nữa hiệu quả sử dụng nguồn cám gạo tách béo sẵn có ở nước ta
là một vấn đề cấp thiết.