Nghiên cứu các yếu tố ảnh hưởng đến hàm lượng gaba và amylase trong quá trình nảy mầm gạo lứt

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI
--------------------------

NGUYỄN THỊ YẾN

NGHIÊN CỨU CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN HÀM
LƯỢNG GABA VÀ AMYLASE TRONG QUÁ TRÌNH NẢY
MẦM GẠO LỨT

CHUYÊN NGÀNH: CÔNG NGHỆ SINH HỌC

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC
CÔNG NGHỆ SINH HỌC

Người hướng dẫn khoa học:
TS. Nguyễn Trường Giang

Hà Nội - 2018


LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan luận văn thạc sỹ ‘’Nghiên cứu các yếu tố ảnh hưởng đến
hàm lượng GABA và amylase trong quá trình nảy mầm gạo lứt’’ là do chính tơi
thực hiện. Các số liệu trong luận văn là trung thực và chưa được ai công bố trong
bất kỳ cơng trình nào khác. Tất cả những tham khảo và kế thừa đều được trích dẫn
và tham chiếu đầy đủ.

Hà Nội, ngày tháng năm 2018
Học viên

Nguyễn Thị Yến


LỜI CẢM ƠN

Lời đầu tiên, em xin bày tỏ sự kính trọng và lịng biết ơn sâu sắc tới TS.
Nguyễn Trường Giang, người thầy đã hướng dẫn, động viên giúp đỡ em trong quá
trình nghiên cứu và viết luận văn này. Những nhận xét, đánh giá của thầy, đặc biệt
là những gợi ý về hướng giải quyết vấn đề trong suốt thời gian nghiên cứu, thực sự
là những bài học q giá đơi với em khơng chỉ trong q trình viết luận văn mà cả
trong q trình cơng tác sau này.
Em xin bày tỏ lời biết ơn chân thành đến PGS.TS.Nguyễn Thanh Hằng, NCS.
Lưu Anh Văn cùng các thầy cô giáo, các anh chị cán bộ đang làm việc và nghiên
cứu tại các phịng thí nghiệm trong Viện Cơng Nghệ Sinh Học và Cơng Nghệ Thực
Phẩm đã tận tình chỉ dẫn, truyền đạt những ý kiến chuyên môn và kinh nghiệm quý
báu trong suốt quá trình thực hiện đề tài nghiên cứu.
Em xin bày tỏ lời biết ơn sâu sắc đến gia đình và những người thân đã ln
ủng hộ, động viên, tạo mọi điều kiện cho em trong suốt thời gian học tập tại trường.

Hà Nội, ngày tháng năm 2018
Học viên

Nguyễn Thị Yến


MỤC LỤC
DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT ..............................................4
DANH MỤC BẢNG ...................................................................................................5
DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ VÀ ĐỒ THỊ ...............................................................6

MỞ ĐẦU .....................................................................................................................8
CHƯƠNG 1 – TỔNG QUAN ...................................................................................10
1.1. Tổng quan về nguyên liệu...............................................................................10
1.1.1. Nguyên liệu lúa ......................................................................................... 10
1.1.2. Giống lúa nếp Anh Đào ............................................................................ 12
1.1.3. Giống lúa Tám Xoan ................................................................................ 13
1.1.4. Giống lúa N97 .......................................................................................... 13
1.1.5. Gạo lứt ...................................................................................................... 14
1.1.6. Gạo lứt nảy mầm ..................................................................................... 15
1.2. Tổng quan về GABA ......................................................................................19
1.2.1. Khái niệm về GABA .................................................................................. 19
1.2.2. Các nghiên cứu khoa học trên thế giới về GABA trong gạo .................... 20
1.2.3. Nghiên cứu trong nước về các yếu tố ảnh hưởng đến hàm lượng GABA
trong gạo lứt ....................................................................................................... 23
1.3. Tổng quan về enzym amylase.........................................................................23
1.3.1. Enzym α-amylase(E.C.3.2.1.1) ................................................................. 26
1.3.2. β-amylase (1,4-α-glucan-maltohydrolase) (EC 3.2.1.2) .......................... 28
1.3.3. Một số nghiên cứu về các yếu tố ảnh hưởng đến sự hình thành enzym
amylase trong quá trình gạo lứt nảy mầm ......................................................... 29
1.3.4. Ứng dụng của amylase từ gạo lứt nảy mầm trong công nghệ thực phẩm 30
CHƯƠNG 2 – VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ..........................32
1


2.1. Vật liệu ............................................................................................................32
2.1.1. Nguyên liệu ............................................................................................... 32
2.1.2. Thiết bị ...................................................................................................... 32
2.1.3. Hóa chất ................................................................................................... 32
2.2. Phương pháp nghiên cứu ................................................................................33
2.2.1. Phương pháp bố trí thí nghiệm ................................................................ 33

2.2.2. Phương pháp phân tích ............................................................................ 36
CHƯƠNG 3 – KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN ................................41
3.1. Nghiên cứu lựa chọn loại gạo lứt...................................................................41
3.1.1. Đánh giá thành phần dinh dưỡng trong nguyên liệu gạo lứt ban đầu..... 41
3.1.2. Ảnh hưởng của thời gian ngâm đến thời gian hút nước bão hòa của gạo
lứt ở nhiệt độ phòng 30±2oC .............................................................................. 42
3.1.3. Khả năng nảy mầm của gạo lứt................................................................ 44
3.1.4. Khả năng sinh tổng hợp α-amylase và GAD trong quá trình gạo lứt nảy
mầm. ................................................................................................................... 45
3.2. Nghiên cứu ảnh hưởng của các yếu tố trong quá trình nảy mầm đến sự thay
đổi hoạt độ α-amylase và hàm lượng GABA trong hạt gạo lứt Anh Đào .............47
3.2.1. Nghiên cứu ảnh hưởng của pH dịch ngâm đến sự thay đổi hoạt độ αamylase, GAD và hàm lượng GABA trong quá trình gạo lứt Anh Đào nảy mầm47
3.2.2. Nghiên cứu ảnh hưởng của nhiệt độ ủ đến sự thay đổi hoạt độ α-amylase,
GAD và hàm lượng GABA trong quá trình gạo lứt Anh Đào nảy mầm ............ 51
3.2.3. Nghiên cứu ảnh hưởng của thời gian ủ đến sự thay đổi hoạt độ αamylase, GAD và hàm lượng GABA trong quá trình gạo lứt Anh Đào nảy mầm54
3.2.4. Đánh giá thành phần nguyên liệu gạo lứt Anh Đào sau nảy mầm .......... 57
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ...................................................................................60
Kết luận ..................................................................................................................60
2


Kiến nghị................................................................................................................60
TÀI LIỆU THAM KHẢO .........................................................................................61
PHỤ LỤC ..................................................................................................................69

3


DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT
BR:

Brown rice

Gạo lứt

GBR:

Germinated brown rice

Gạo lứt nảy mầm

GRR

Germinated brown rough

Bột gạo lứt

RR

Rough rice

Bột gạo

WR

White rice

Gạo trắng

CK:

Chất khô
Mật độ quang

OD:

Optical Density

GAD

Glutamat decacboxylase (GAD)

GABA

γ-aminobutiric acid

AIEW

Alkaline electrolyzed water

Nước kiềm điện phân

DW

Distilled wate

Nước cất

EOW

Electrolyzed oxidizing water

Nước oxy hóa điện phân
Chu trình axit tricarboxylic
(Chu trình Krebs)

TCA

4


DANH MỤC BẢNG
Bảng 1.1: Thành phần dinh dưỡng của gạo lứt . .......................................................14
Bảng 1.2. Một số nghiên cứu về gạo lứt nảy mầm . .................................................21
Bảng 3.1: Thành phần dinh dưỡng ban đầu trong gạo lứt của một số giống lúa ......41
Bảng 3.2: Đánh giá thành phần dinh dưỡng trong gạo lứt Anh Đào sau nảy mầm ..58

5


DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ VÀ ĐỒ THỊ
Hình 1.1: Cấu tạo hạt thóc.........................................................................................11
Hình 1.2: Thóc nếp Anh Đào ....................................................................................12
Hình 1.3: Gạo lứt Anh Đào .......................................................................................12
Hình 1.4: Gạo lứt nảy mầm .......................................................................................16
Hình 1.5 Các giai đoạn của quá trình nảy mầm ........................................................17
Hình 1.6: Cấu trúc của GABA ..................................................................................19
Hình 1.7: Cơ chế hình thành GABA .........................................................................20
Hình 1.8: Sơ đồ chuyển hóa tinh bột dưới tác dụng của enzym α-amylase..............27
Hình 1.9: Sơ đồ chuyển hóa tinh bột dưới tác dụng của enzym β-amylase. .............28

Hình 2.1: Quy trình thí nghiệm tổng qt .................................................................34
Hình 3.3: Ảnh hưởng của nhiệt độ đến khả năng nảy mầm của gạo lứt ...................45
Hình 3.4: Ảnh hưởng của nhiệt độ đến sự thay đổi hoạt độ enzym α-amylase trong
quá trình gạo lứt nảy mầm ........................................................................................46
Hình 3.5: Ảnh hưởng của nhiệt độ đến sự thay đổi hoạt độ enzym GAD trong quá
trình gạo lứt nảy mầm ...............................................................................................47
Hình 3.6: Ảnh hưởng của pH đến sự thay đổi hoạt độ enzym α-amylase trong quá
trình gạo lứt nảy mầm ...............................................................................................48
Hình 3.7: Ảnh hưởng của pH đến sự thay đổi hoạt độ enzym GAD trong quá trình
gạo lứt nảy mầm ........................................................................................................49
Hình 3.8: Ảnh hưởng của pH đến sự thay đổi hàm lượng GABA trong quá trình gạo
lứt nảy mầm ...............................................................................................................50
Hình 3.9: Các hạt gạo lứt Anh Đào nảy mầm ở điều kiện pH khác nhau .................51
Hình 3.10: Ảnh hưởng của nhiệt độ ủ đến sự thay đổi hoạt độ enzym α-amylase
trong quá trình gạo lứt nảy mầm ...............................................................................52

6


Hình 3.12: Ảnh hưởng của nhiệt độ đến sự thay đổi hàm lượng GABA trong quá
trình gạo lứt nảy mầm ...............................................................................................53
Hình 3.13: Ảnh hưởng của thời gian ủ đến sự thay đổi hoạt độ enzym α-amylase
trong quá trình gạo lứt nảy mầm ...............................................................................54
Hình 3.14: Ảnh hưởng của thời gian ủ đến sự thay đổi hoạt độ enzym GAD trong
quá trình gạo lứt nảy mầm ........................................................................................55
Hình 3.15: Ảnh hưởng của thời gian ủ đến sự thay đổi hàm lượng GABA trong quá
trình gạo lứt nảy mầm ...............................................................................................56
Hình 3.16: Các hạt gạo lứt Anh Đào nảy mầm ở các thời gian khác nhau ...............57

7

MỞ ĐẦU
Trong những năm gần đây, yêu cầu của con người về thực phẩm ngày càng
cao, các loại thực phẩm được sử dụng không chỉ đơn thuần là cung cấp năng lượng,
có giá trị dinh dưỡng mà cịn có giá trị ngăn ngừa và hỗ trợ điều trị các loại bệnh. Vì
vậy, thực phẩm gạo lứt đang dần trở nên phổ biến trong các bữa ăn của nhiều người
hiện nay.
Gạo lứt hay còn gọi là gạo lức, là loại gạo chỉ xay bỏ lớp vỏ trấu, chưa được
bỏ lớp cám gạo. Đây là một nguồn thực phẩm giàu dinh dưỡng hơn so với gạo trắng
về chất xơ, các acid amin thiết yếu, khoáng chất, protein, vitamin B và axit γaminobutyric (GABA) do sự hiện diện của lớp vỏ cám bên ngồi. Tuy nhiên, gạo
lứt khó bảo quản và địi hỏi thời gian chế biến lâu hơn, cơm gạo lứt có cấu trúc
cứng và có vị khơng hấp dẫn như cơm gạo trắng. Vì vậy, để cải thiện tình hình này
nhiều sản phẩm từ gạo lứt nảy mầm đã được nghiên cứu và phát triển trên thị
trường trong và ngoài nước.
Gạo lứt nảy mầm (GBR) được sản xuất bằng cách sử dụng gạo lứt cho nảy
mầm, quá trình nảy mầm giúp GBR có hàm lượng dinh dưỡng cao, vị ngọt, dễ tiêu
hóa và hấp thụ cao hơn gạo lứt chưa nảy mầm, đặc biệt là hàm lượng GABA trong
GBR cao gấp 10 lần so với gạo trắng đã qua xay xát và gấp 4 lần gạo lứt. Chính vì
vậy, gạo mầm cịn được gọi là gạo GABA.
Ngồi ra, q trình nảy mầm cịn có vai trị quan trọng trong việc hoạt hóa,
tích lũy về khối lượng và hoạt lực của hệ enzyme có trong hạt gạo lứt, một trong
những enzym đó là α-amylase được sinh tổng hợp làm cơ sở để thủy phân tinh bột
cung cấp năng lượng cho hàng loạt q trình sinh hóa, trong đó có những chu trình
sinh tổng hợp các hợp chất chức năng như GABA.
Ở Việt Nam, đã có một số nghiên cứu cải thiện hàm lượng GABA và amylase
trong gạo lứt, tuy nhiên thông tin về các yếu tố ảnh hưởng đến hàm lượng GABA
và amylase vẫn cịn hạn chế. Chính vì vậy việc nghiên cứu các yếu tố ảnh hưởng
đến hàm lượng GABA và amylase trong quá trình nảy mầm gạo lứt là rất có ý nghĩa
và giá trị ứng dụng thực tiễn cao. Đây cũng là lý do chính để chúng tơi thực hiện đề

8


tài: “Nghiên cứu các yếu tố ảnh hưởng đến hàm lượng GABA và amylase trong quá
trình nảy mầm gạo lứt”.
Mục đích nghiên cứu của đề tài là:
- Nghiên cứu điều kiện nảy mầm gạo lứt thích hợp để hàm lượng GABA và
enzym amylase thu được là cao nhất.
Để thực hiện được mục tiêu trên, các nội dung chính cần thực hiện trong đề tài
gồm:
- Lựa chọn loại gạo lứt thích hợp.
- Nghiên cứu các yếu tố ảnh hưởng tới hàm lượng GABA và enzym amylase
trong quá trình gạo lứt nảy mầm như: thời gian ngâm, pH, nhiệt độ, thời gian ủ.
- Xác định hàm lượng các thành phần dinh dưỡng trước và sau quá trình nảy
mầm.

9


CHƯƠNG 1 – TỔNG QUAN
1.1. Tổng quan về nguyên liệu
1.1.1. Nguyên liệu lúa
Theo phân loại học Thực vật, cây lúa thuộc: [63]
Giới:

Plantae

Ngành:

Magnoliophyta

Lớp:

Liliopsida

Bộ:

Poales

Họ:

Poaceae

Lồi:

Oryza sativa L.

Lúa có tên khoa học là Ozyra sativa là các lồi thực vật sống một năm, có thể
cao tới 1-1,8 m, đôi khi cao hơn, với các lá mỏng, hẹp bản (2-2,5 cm) và dài 50–100
cm. Các hoa nhỏ tự thụ phấn mọc thành các cụm hoa phân nhánh cong hay rủ
xuống, dài 30–50 cm. Hạt là loại quả thóc (hạt nhỏ, cứng của các loại cây ngũ cốc)
dài 5–12 mm và dày 2–3 mm [54].
Cấu tạo giải phẫu của hạt thóc được thể hiện trên hình 1.1. Hạt thóc gồm có
các bộ phận chính như sau:
Mày thóc: Tùy theo loại thóc và điều kiện canh tác mà mày thóc có độ dài
ngắn khác nhau nhưng nói chung mày thóc khơng vượt q 1/3 chiều dài vỏ trấu.
Trong quá trình bảo quản, do sự cọ sát giữa các hạt thóc, phần lớn các mày rụng ra
làm tăng lượng tạp chất trong khối thóc [35].
Vỏ trấu: Có tác dụng bảo vệ hạt thóc, chống các ảnh hưởng xấu của điều kiện
môi trường (nhiệt độ, độ ẩm,…) và sự phá hoại của sinh vật hại (côn trùng, nấm

mốc, …). Trên bề mặt vỏ trấu có các đường gân và nhiều lơng ráp xù xì. Trong q
trình bảo quản, lơng thóc thường rụng ra do cọ sát với nhau giữa các hạt thóc, làm
tăng lượng tạp chất trong thóc. Tùy theo giống lúa mà vỏ trấu có độ dày và chiếm
một tỷ lệ khác nhau so với tồn hạt thóc. Độ dày của vỏ trấu thường 0,12 – 0,15 mm
và thường chiếm 18 – 20% so với khối lượng toàn hạt thóc [35].
Vỏ hạt: Là lớp vỏ mỏng bao bọc nội nhũ có màu trắng đục hoặc đỏ cua. Về
mặt cấu tạo, từ ngồi vào trong gồm có: quả bì, chủng bì và tầng aloron. Tùy theo
10


giống lúa và độ chín của thóc mà lớp vỏ hạt này dày hay mỏng. trung bình lớp vỏ
hạt chiếm 5,6 – 6,1% khối lượng hạt lật (hạt thóc sau khi đã tách lớp vỏ trấu. Lớp
aloron có thành phần chủ yếu là protid và lipit. Khi xay xát lớp vỏ hạt chủ yếu là
aloron bị vụn nát ra thành cám [35].

Hình 1.1: Cấu tạo hạt thóc
Nội nhũ: Là thành phần chính và chủ yếu nhất của hạt thóc. Thành phần hóa
học chủ yếu của nội nhũ là gluxit, chiếm tới 90%, trong khi đó tồn hạt gạo nội nhũ
chỉ chiếm 75%. Tùy theo giống lúa và điều kiện canh tác mà nội nhũ có thể màu
trắng trong hoặc trắng đục. Các giống gạo hạt dài thường có màu trắng trong, còn
các giống gạo ngắn nội nhũ thường trắng đục. Các giống thóc nội nhũ trắng đục
thường có vệt trắng ở giữa hạt hay phía bên hạt cịn gọi là ‘’bạc bụng’’, khi xay dễ
gãy nát và lâu chín, khi nấu phẩm chất cơm khơng ngon bằng gạo có nội nhũ trắng
trong [34].
Phơi: Nằm ở góc dưới của nội nhũ thuộc loại đơn diệp tử (chỉ có 1 diệp tử áp
vào nội nhũ), đay là bộ phận có nhiệm vụ biến các chất dự trữ trong nội nhũ thành
chất dinh dưỡng ni mộng khi hạt thóc nảy mầm. Phơi chứa nhiều protid, lipit,
vitamin (vitamin B1 trong phôi chiếm 66% lượng vitamin B1 trong tồn hạt thóc).
Tùy theo giống và điều kiện canh tác mà phơi hạt có thể to nhỏ khác nhau thường
chiếm 2,2 – 3% khối lượng toàn hạt. Phơi có cấu tạo xốp. nhiều dinh dưỡng, hoạt

động sinh lý mạnh, nên trong quá trình bảo quản dễ bị côn trùng và vi sinh vật gây
hại, khi xay xát phôi hạt thường vụn nát ra thành cám [35].
Theo nghiên cứu của Anuchita Moongngarm (2010) và Hyum Yong Kim
(2012) đã phân tích thành phần hóa học và chức năng của hạt lúa và gạo lứt nảy
mầm, cũng như so sánh hàm lượng GABA trong quá trình nảy mầm của gạo cũng
như của lúa. Kết quả cho thấy ở cùng một điều kiện ủ như nhau, nếu so sánh quả
11


trình nảy mầm của lúa và gạo lứt, hàm lượng GABA có trong sản phẩm lúa nảy
mầm cao hơn so với gạo mầm mặc dù thành phần này trong cả hai sản phẩm là
tương đương nhau. Tuy vậy, thời gian để sản xuất lúa nảy mầm dài hơn 2 lần so với
gạo lứt nảy mầm [35], [22]. Chính vì vậy chúng tôi lựa chọn gạo lứt để tiến hành
nghiên cứu.
1.1.2. Giống lúa nếp Anh Đào
Giống lúa nếp Anh Đào do TS Đào Xuân Tân, nguyên Trưởng khoa Công nghệ
sinh học, Trường ĐH Sư phạm Hà Nội 2 và Công ty TNHH Khoa học Kỹ thuật Nông
nghiệp VINABHTABA Bắc Ninh lai tạo và chọn lọc. Giống đã tham gia mạng lưới
khảo nghiệm của Trung tâm Khảo Kiểm nghiệm giống – Sản phẩm cây trồng Quốc gia
từ năm 2014. Hiện được gieo trồng tại nhiều HTX ở các tỉnh Bắc Ninh, Bắc Giang,
Vĩnh Phúc, Thái Bình.
Đặc tính:
Đây là giống lúa cảm ơn, cấy được cả hai vụ trong năm, thời gian sinh trưởng vụ xuân:
140 – 145 ngày, vụ mùa: 110 – 115 ngày. Chiều cao cây 115 – 120 cm, cứng cây,
chống đổ khá, thích hợp chân đất vàn và vàn thấp.
Bông dài, hạt to, bầu, vỏ hạt màu vàng sẫm, khối lượng 28 – 30 gam/1000 hạt,
năng suất trung bình 6 – 7 tấn/ha, thâm canh tốt có thể đạt 8 tấn/ha.
Gạo đẹp xôi dẻo ngon, mùi rất thơm ngay cả khi để nguội.
Khả năng chống chịu sâu bệnh tốt. Giống cho năng suất cao hơn các giống lúa
nếp khác cấy cùng trà từ 10 - 15%.

Hình 1.2: Thóc nếp Anh Đào

Hình 1.3: Gạo lứt Anh Đào
12


1.1.3. Giống lúa Tám Xoan
Nguồn gốc: Giống lúa Tám xoan (còn gọi là Tám thơm) là giống được trồng
từ lâu dời tại các huyện Nghĩa Hưng, Hải Hậu, tỉnh Nam Định. Được nông dân tự
chọn và để giống.
Được bộ NN và CNTP cho phép đưa vào sản xuất từ tháng 11 năm 1995.
Đặc tính:
Cây cao trung bình: 1,55 – 1,60 m. Lá nhỏ dài, phiến lá mỏng và cong. Lá
đòng dài 41 cm, rộng, 1,4 cm. Phiến lá cứng màu xanh.
Hạt nhỏ, dài 7,7 mm, vỏ chấu màu nâu sẫm, gạo trắng trong. Mỗi khóm có 9
đến 10 bơng, mỗi bông 180 đến 190 hạt. Trọng lượng 1000 hạt là 20g.
Thời gian sinh trưởng 155 đến 160 ngày.
Năng suất 80 - 120kg/sào
Hạt gạo thon dài, thơm ngon, khơng bạc bụng.
Thích hợp trên đất vàn, vàn cao.
1.1.4. Giống lúa N97
Nguồn gốc: Giống lúa nếp N97 do Viện Khoa học kỹ thuật Nông nghiệp Việt
Nam chọn tạo từ tổ hợp lai (N87/Nếp 415).
Đặc tính:
Là giống cảm ơn, nên gieo trồng được cả vụ mùa và vụ xuân.
Thời gian sinh trưởng vụ Xuân từ 140 – 143 ngày, vụ Mùa 105 – 110 ngày.
Chiều cao cây từ 90 – 95 cm, cứng cây, đẻ nhánh khoẻ, gọn.
Chiều dài bông từ 25- 27 cm, hạt bầu, số hạt chắc/bông từ 110 – 120 hạt.
Khối lượng 1000 hạt từ 25- 26 gram, phẩm chất gạo ngon, xơi dẻo (dẻo lâu

hơn nếp 352).
Năng suất trung bình đạt 55 – 60 tạ/ha, thâm canh tốt có thể đạt 65-70 tạ/ha.
Chịu rét trung bình, chống đổ tốt, kháng bệnh đạo ôn, bạc lá, khô vằn TB.
13


1.1.5. Gạo lứt
Gạo lứt là gạo chỉ xát bỏ lớp vỏ trấu bên ngồi, giữ lại phơi và lớp vỏ cám
nên giá trị dinh dưỡng hầu như không bị mất. Hạt gạo lứt gồm 3 phần chính: vỏ,
phơi và nội nhũ. Lớp vỏ thường có màu hơi mờ, hơi xám, dễ dàng bị tách ra trong
quá trình xát trắng gạo. Vỏ được cấu tạo từ nhiều lớp tế bào, lớp ngồi cùng gồm
các tế bào có kích thước lớn xắp xếp theo chiều dọc hạt, lớp giữa gồm các tế bào
tương tự như lớp ngoài nhưng xắp xếp theo chiều ngang hạt. Lớp vỏ có chứa nhiều
chất béo và protein nhưng rất ít tinh bột. Ngăn cách giữa lớp vỏ hạt và nội nhũ là
lớp aloron. Trong lớp aloron có chứa các hợp chất protein (35 - 45%), lipid (8 –
9%), vitamin và tro (11 – 14%), đường (6 – 8%), cellulose (7 – 10%), pentose (15 –
17%). Màu sắc của gạo lứt thay đổi theo giống và điều kiện trồng trọt.
Quá trình chuyển từ gạo lứt sang gạo trắng làm mất đi khoảng 67% vitamin
B3, 80% vitamin B1, 90% vitamin B6, 50% mangan, phosphor và 60% sắt, hầu hết
các chất xơ và acid béo cần thiết [51]. Lớp cám của gạo lứt chứa một chất dầu đặc
biệt có tác dụng điều hòa huyết áp, làm giảm cholesterol xấu, giúp ngăn ngừa các
bệnh tim mạch. Đặc biệt, gạo lứt chứa một lượng lớn chất xơ. Chất xơ trong gạo lứt
gồm hai loại: loại không tan trong nước gồm cellulose và hemicellulose,… loại hịa
tan gồm pectin, pentozan và chất nhầy có trong vỏ cám. Vì vậy sử dụng gạo lứt
trong bữa ăn, giúp phịng ngừa táo bón, bệnh ung thư, đặc biệt là ung thu đường tiêu
hóa, giảm mỡ máu, phịng ngừa điều trị bệnh tiểu đường. Thành phần các chất dinh
dưỡng của gạo lứt được trình bày trong bảng 1.1.
Bảng 1.1: Thành phần dinh dưỡng của gạo lứt [34].
Thành phần

Gạo lứt (100g)

Năng lượng

345kcal

Cacbonhydrat

72,8g

Protein

7,5g

Chất xơ thực phẩm

3,4g

Chất béo

2,7g
14


Nước

12,4g

Vitamin B1

0,34mg

Vitamin B2

0,07mg

Vitamin B5

1,5mg

Vitamin B6

0,62mg

Canxi

16mg

Magie

52mg

Mangan

1,5mg

Đồng

360mg

Kẽm

1,9mg

Kali

202mg

Photpho

246mg

1.1.6. Gạo lứt nảy mầm
Gạo lứt nảy mầm là gạo được làm từ gạo lứt trải qua quá trình ngâm và ủ với
nhiệt độ và thời gian thích hợp, tùy từng loại giống sẽ tạo thành một loại gạo với
nhiều thành phần chức năng gia tăng đặc biệt là có hàm lượng GABA rất cao. Sản
xuất gạo mầm là quá trình được thực hiện nhằm tăng cường giá trị dinh dưỡng của
gạo lứt sau nảy mầm.
Quá trình nảy mầm gạo lứt làm cải thiện chất lượng của gạo. Quá trình nảy
mầm bị ảnh hưởng bởi các nhân tố bên ngoài như: thời gian nảy mầm, sự hiện diện
của ánh sáng, hàm lượng chất dinh dưỡng dự trữ trong hạt,… Quá trình nảy mầm
của hạt gạo lứt giúp các enzyme nội bào bên trong hạt gạo hoạt động và phân cắt
thành các chất có khối lượng phân tử lớn (protein, tinh bột,…) và những chất có
khối lượng phân tử nhỏ. Quá trình nảy mầm làm thay đổi thành phần dinh dưỡng và
cấu trúc của hạt. Hơn nữa, tinh bột trong hạt sau khi nảy mầm sẽ dễ dàng bị thủy
phân bởi enzyme amylase tạo thành các đường đơn, giúp q trình tiêu hóa tốt hơn.
Ngồi ra q trình nảy mầm gây ra những thay đổi quan trọng về dinh dưỡng như
15

tăng hàm lượng GABA (Gama Amynobutyric acid), hàm lượng chất xơ,
tocotrienols và Gamma oryzanol [62].

Hình 1.4: Gạo lứt nảy mầm
1.1.6.1 Quá trình nảy mầm của gạo lứt
Sự nảy mầm là tồn bộ q trình bắt đầu từ sự tái hấp thu nước của hạt cho tới
sự lú rễ mầm ra khỏi hạt. Các đặc tính quan trọng nhất của sự nảy mầm là hấp thu
nước mạnh, hoạt tính biến dưỡng mạnh và phát sinh nhiệt mạnh [52].
Khi gạo bắt đầu nảy mầm, các enzym trong gạo bắt đầu hoạt động. Theo Ashley
Han, enzym α – amylase chịu trách nhiệm chính trong chuyển hóa tinh bột, trở lên
hoạt động trong ngày đầu tiên của quá trình nảy mầm, nhưng hoạt độ của nó tăng
lên theo cấp số nhân vào ngày thứ tư. Lớp aleurone có hoạt độ amylase cao nhất với
sự hiện diện của axit gibberellic, một hormone tăng trương thực vật. Cả amylose và
amylopectin đều bị phá hủy bởi α-amylase, và sản phẩm chính tạo thành là dextrins
và oligosaccharides cùng với đường maltotriose cấu thành hầu hết các
oligosaccharides. Bởi vì đường khử tăng và hàm lượng tinh bột giảm, độ nhớt trong
quá trình nảy mầm giảm, gạo sau nảy mầm cho vị ngọt, mềm hơn khi nấu [54].
Cũng nhờ enzym amylase mà sự tăng hàm lượng các đường tự do, giúp cung cấp
16


năng lượng cho hàng loạt các q trình sinh hóa trong hạt gạo, trong đó có chu trình
sinh tổng hợp các hợp chất chức năng như GABA [40].

Hình 1.5 Các giai đoạn của quá trình nảy mầm [14].
Các giai đoạn của quá trình nảy mầm: [8]
Giai đoạn I: Sự hoạt hóa
Q trình hấp thụ nước diễn ra nhanh kết quả là có sự xáo trộn về cấu trúc xảy
ra đặc biệt tại tế bào, điều này làm cho quá trình hút nước và hoạt hóa enzym có sẵn
trong hạt. Quá trình hơ hấp và tổng hợp protein bắt đầu diễn ra.

Giai đoạn II: Phôi bắt đầu nảy mầm, dài ra
Trong giai đoạn này quá trình tổng hợp protein sử dụng những mRNA có sẵn,
tế bào phân chia mạnh mẽ, nhu cầu tiêu thụ oxy là rất lớn để thực hiện q trình hơ
hấp, hàng loạt q trình sinh năng lượng diễn ra ở chu trình TCA, chu trình
glucolysis.
Giai đoạn III: Sự tăng trưởng của cây mầm
Các mRNA và DNA được tổng hợp mới, mầm phát triển nhanh hơn.Sự phân
chia tế bào xảy ra hai đầu của trục phôi. Một đầu phát triển thành chồi mầm, một
đầu phát triển thành rễ mầm trên trục phơi có một hoặc hai lá mầm được gọi là tử

17


diệp. Khi mầm bắt đầu tăng trưởng, trọng lượng tươi và khô của cây mầm bắt đầu
tăng.
1.1.6.2. Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình nảy mầm
Các yếu tố ảnh hưởng đến q trình nảy mầm bao gồm nhiều thơng số, chẳng
hạn như giống hoặc nhiều loại gạo lứt, quá trình xay xát, điều kiện bảo quản, cũng
như các yếu tố bên ngoài như nhiệt độ, độ ẩm, oxy hay khí, ánh sáng, pH [14].
Ảnh hưởng của độ ẩm
Thơng số độ ẩm là cần thiết cho nảy mầm của gạo lứt. Theo Hunter và
Yoshida độ ẩm tối thiểu cho sự phát triển của gạo mầm là 26,5%, tuy nhiên độ ẩm
trung bình cho sự nảy mầm là 30 – 40% tùy theo nhiệt độ [19], [49]. Thời gian
ngâm quá dài, hạt hút thiếu nước, tinh bột trong hạt phân giải thành đường và hòa
tan trong nước làm tiêu hao chất dự trữ trong hạt và làm cho hạt bị chua, mầm bệnh
phát triển, hạt sẽ bị thối hoặc mầm yếu. Sự hút nước của hạt còn phụ thuộc vào loại
giống [23]. Theo nghiên cứu của Banchuen và cộng sự, giống gạo Niaw Dam
Peuak Dam có hàm lượng amylose thấp nhất nhưng có khả năng hút ẩm cao nhất
đạt bão hịa ở mức 40%, cịn gạo Chiang Phatthalung có hàm lượng amylose cao
nhất có mức bão hịa thấp nhất 30%, và nghiên cứu cũng chỉ ra rằng gạo lứt có hàm

lượng amylose cao hay thấp chỉ ảnh hưởng đến khả năng hút ẩm cao hay thấp mà
không liên quan đến khả năng sinh tổng hợp GABA cao [22].
Ảnh hưởng của nhiệt độ
Các yếu tố quan trọng bên cạnh hàm lượng độ ẩm liên quan đến sự nảy mầm
của gạo lứt còn có sự ảnh hưởng của nhiệt độ. Các hạt khác nhau có dải nhiệt độ
nảy mầm khác nhau, ở nhiệt độ quá thấp hay nhiệt độ quá cao sẽ ức chế quá trình
nảy mầm của hạt. Trong quá trình nảy mầm có nhiều biến đổi xảy ra giữa các
giống, nhưng nhiệt độ tối ưu cho sự nảy mầm chỉ khoảng 30-35oC, giá trị nhiệt độ
thấp nhất là khoảng 10oC và cao nhất là 40-45oC [33]. Trong quá trình ủ, bản thân
khối hạt hô hấp cũng tạo ra nhiệt lượng để xúc tiến nảy mầm. Ngâm ủ với khối
lượng hạt giống ít, dễ bị thiếu nhiệt nên hạt nảy mầm chậm [4].
Ảnh hưởng của oxi
18


Hơ hấp là một q trình oxi hóa cần thiết và phải có sự cung cấp oxi đầy đủ
cho quá trình này, nếu hàm lượng oxi thấp sẽ làm chậm quá trình nảy mầm của hầu
hết các loại hạt. Oxy rất cần thiết cho q trình hơ hấp của phơi hạt, mầm non lúc
nảy mầm. Hạt lúa có thể nảy mầm trong điều kiện hồn tồn khơng có oxy nhưng
mầm yếu và phát triển khơng bình thường, mầm lúa phát triển tốt nhất khi hàm
lượng oxy trong môi trường nước đạt 0,2% [4].
Ảnh hưởng của ánh sáng
Điều kiện sáng hoặc tối ảnh hưởng đến quá trình nảy mầm. Sự nảy mầm trong
điều kiện tối sẽ làm phá hủy nội nhũ tinh bột và protein nhanh hơn điều kiện nhiều
ánh sáng [11].
1.2. Tổng quan về GABA
1.2.1. Khái niệm về GABA
γ-amynobutiric acid (GABA) là một axit amin phi protein bốn cacbon (Hình
1.6). Cấu trúc phân tử linh hoạt có thể phỏng đốn một vài cấu trúc trong dung dịch,
bao gồm cấu trúc vịng tương tự như proline. Nó được tổng hợp chủ yếu trong tế

bào cây thông qua xúc tác của enzym glutamat decacboxylase (GAD) [4].

Hình 1.6: Cấu trúc của GABA [4].
GABA có cơng thức phân tử C4H4NO2, khối lượng mol là 103,12 g/mol và
nhiệt độ nóng chảy 203,7°C, tan tốt trong nước.
Theo Pananivelu và cộng sự (2013), enzym GAD làm xúc tác cho quá trình
decarboxyl glutamate biến đổi glutamate thành GABA. Sau đó, GABA được
chuyển vào trong ty thể và bị biến đổi thành succinic semialdehyde bởi enzym
GABA-T sử dụng cả α-ketoglutarate và pyruvate như là nơi tiếp nhận các amino
acid. Tiếp theo, succinic semialdehyde được biến đổi thành succinate bởi enzym
succinic semialdehyde dehydrogenase (SSADH), sau đó tham gia vào chu trình
Krebs.
19


Hình 1.7: Cơ chế hình thành GABA [12]
Trong gạo lứt, GABA được tìm thấy với hàm lượng thấp. Nhờ có quá trình
ươm mầm, enzym GAD được tăng cả về khối lượng và năng lực xúc tác, thông qua
sự trao đổi chất của hạt, axit glutamic được phân cắt với số lượng lớn, lượng GABA
được tăng lên đáng kể [13], [25].
GABA được phát hiện từ rất sớm vào những năm 1963 bởi nhà bác học
H.C.Stantom, ngay từ lúc đó hàng loạt các cuộc nghiên cứu về tác dụng của GABA
trong việc ngăn ngừa sự tăng huyết áp đã được bắt đầu. Chứng tăng huyết áp là một
căn bệnh cơ bản, là nguyên nhân của sự rối loạn tim mạch và não mạch. Số người bị
huyết áp ngày càng tăng trên thế giới. Vì thế việc ức chế và ngăn ngừa sự tăng
huyết áp là rất quan trọng. Đến nay, các cuộc nghiên cứu thành cơng đã chứng tỏ,
GABA khơng chỉ có tác động hiệu quả trong việc giảm huyết áp mà cịn có tác
dụng trong việc dẫn truyền thần kinh, vận chuyển oxy, giúp đẩy nhanh q trình lưu
thơng máu trong não. Bên cạnh đó, thực phẩm giàu GABA cịn có thể được sử dụng
như một thành phần dinh dưỡng bổ sung vào chế độ ăn uống hằng ngày giúp điều

trị chứng mất ngủ, suy nhược cơ thể và rối loạn tự trị, các triệu trứng có liên quan
đến bệnh kinh niên và kích thích sự miễn dịch tế bào,.. [24], [43].
1.2.2. Các nghiên cứu khoa học trên thế giới về GABA trong gạo
Sự tích lũy GABA dựa trên nhiều yếu tố kích thích khác nhau, ví dụ như điều
kiện ngâm, pH, nhiệt độ thay đổi hay áp suất cơ học. Trong BR, vài nghiên cứu
trước đã chỉ ra rằng hàm lượng GABA tăng có thể đạt được bằng cách điều chỉnh
20


điều kiện ngâm giữa 30 – 35oC khoảng 8-12 giờ, và điều kiện nảy mầm là 35oC
khoảng 21-24 giờ. Dưới đây là bảng tổng hợp một số nghiên cứu về ảnh hưởng của
loại giống và phương pháp nảy mầm đến hàm lượng GABA trong GBR.
Bảng 1.2. Một số nghiên cứu về gạo lứt nảy mầm [14].
Hàm

Giống

Các phương pháp

lượng

Mẫu

nảy mầm

GABA

gạo

Ngâm

Xử lý khí

(mg/100g)

Tác giả

Oryza sativa L.,

Moongngarm

cultivar RD-6

and Saetung

(waxy)

BR

–

–

28.3

GBR

28 oC, 12 h

28 oC, 24 h

68.4

GRR

28 oC, 48 h

28 oC, 48 h

115.0

(2010)

Oryza sativa L.,
cultivar
Koshihikari

Komatsuzaki et
BR

–

–

2.9

GBR

35 oC, 3 h

35 oC, 21 h

9.3

BR

–

–

4.0

GBR

35 oC, 3 h

35 oC, 21 h

10.9

BR

–

–

2.4

GBR

35 oC, 3 h

35 oC, 21 h

10.9

–

–

14.1

35 oC, 3 h

35 oC, 21 h

21.9

Oryza sativa L.,
cultivar
Nipponbare

Oryza sativa L.,
cultivar
Yumetsukushi

Oryza sativa L.,
cultivar Oou 359 BR
(large germ)

GBR

21

al. (2007)


Hàm

Giống

Mẫu Các phương pháp

lượng

gạo

GABA

nảy mầm
Ngâm

Xử lý khí

(mg/100g)

GBR

18 oC, 20 h

30 oC, 24 h

25.8

BR

–

–

24.5

GBR

18 oC, 20 h

30 oC, 24 h

22.7

BR

–

–

2.6

GBR

18 oC, 20 h

30 oC, 24 h

29.4

BR

–

–

10.2

GBR

18 oC, 20 h

30 oC, 24 h

25.3

Tác giả

An et al. (2010)

Oryza sativa L.
(green rice)

Oryza sativa L.

(red)

Oryza sativa L.
(black)

Oryza sativa L.,
cultivar
Koshihikari

Ohtsubo et al.
WR

–

–

1.7

BR

–

–

6.0

GBR

30 oC, 24 h

–

11.0

GBR

30 oC, 48 h

–

27.7

GBR

30 oC, 72 h

–

69.2

GBR

30 oC, 96 h

–

149.0

RR

–

–

31.6

GRR

15 oC, 72 h

–

78.5

(2005)

Oryza sativa L.,
cultivar Ilpum

Lee et al. (2007)

Từ bảng 1.2 ta thấy, gạo lứt nảy mầm cho hàm lượng GABA cao hơn rất nhiều
so với gạo lứt chưa nảy mầm. Tùy từng giống gạo lứt khác nhau mà có hàm lượng
GABA khác nhau và điều kiện nảy mầm khác nhau. Chính vì vậy việc nghiên cứu
22