Khảo sát, phân tích và so sánh chất lượng mùi thơm của một số giống lúa thơm

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
ĐẠI HỌC NÔNG LÂM TP. HỒ CHÍ MINH
BỘ MÔN CÔNG NGHỆ SINH HỌC







KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP



KHẢO SÁT, PHÂN TÍCH VÀ SO SÁNH CHẤT LƢỢNG
MÙI THƠM CỦA MỘT SỐ GIỐNG LÚA THƠM TRỒNG
Ở ĐỒNG BẰNG SÔNG CỬU LONG BẰNG PHƢƠNG
PHÁP SPME - GC






Ngành: CÔNG NGHỆ SINH HỌC
Niên khóa : 2003 – 2007
Sinh viên thực hiện : PHẠM MAI THÙY TRANG

Thành phố Hồ Chí Minh
Tháng 8/2007
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
ĐẠI HỌC NÔNG LÂM TP. HỒ CHÍ MINH
BỘ MÔN CÔNG NGHỆ SINH HỌC
************************





KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP




KHẢO SÁT, PHÂN TÍCH VÀ SO SÁNH CHẤT
LƢỢNG MÙI THƠM CỦA MỘT SỐ GIỐNG LÚA
THƠM TRỒNG Ở ĐỒNG BẰNG SÔNG CỬU LONG
BẰNG PHƢƠNG PHÁP SPME - GC

Ngành: CÔNG NGHỆ SINH HỌC
Niên khóa: 2003 - 2007
Giáo viên hƣớng dẫn: Sinh viên thực hiện:
TS. PHAN PHƢỚC HIỀN (NLU) PHẠM MAI THÙY TRANG
TS. FRÉDERÍC GAY (CIRAD)




Thành phố Hồ Chí Minh
Tháng 8/2007

iii

LỜI CẢM ƠN

Tôi xin chân thành cảm ơn:
- Ban Giám Hiệu trƣờng Đại học Nông Lâm Tp. Hồ Chí Minh đã tạo mọi
điều kiện cho tôi trong suốt thời gian học tập.
- Các Thầy Cô trong Bộ môn Công nghệ Sinh học cùng các Thầy Cô khác
đã luôn tận tình hƣớng dẫn, giảng dạy và giúp đỡ tôi.
- TS. Phan Phƣớc Hiền (NLU), TS. Frédéric Gay (CIRAD) đã trực tiếp
hƣớng dẫn và giúp đỡ tôi trong suốt thời gian thực hiện đề tài tốt nghiệp.
- Cô Phùng Võ Cẩm Hồng cùng các anh chị phụ trách phòng Hóa Lý
thuộc Trung tâm Phân tích Thí nghiệm Hóa Sinh trƣờng Đại học Nông
Lâm.
- Chị Nguyễn Thị Thu Hƣơng cùng toàn thể các bạn trong lớp CNSH29
đã hỗ trợ, giúp đỡ và động viên tôi trong suốt thời gian làm đề tài.

Con thành kính ghi ơn ba mẹ cùng những ngƣời thân trong gia đình luôn tạo
điều kiện và động viên con trong suốt quá trình học tập tại trƣờng.
Chân thành cảm ơn.

Tháng 08 năm 2007



Phạm Mai Thùy Trang






iv
TÓM TẮT

PHẠM MAI THÙY TRANG, Đại Học Nông Lâm Tp. Hồ Chí Minh. Tháng 8/2007.
“KHẢO SÁT, PHÂN TÍCH VÀ SO SÁNH CHẤT LƢỢNG MÙI THƠM CỦA
MỘT SỐ GIỐNG LÚA THƠM TRỒNG Ở ĐỒNG BẰNG SÔNG CỬU LONG
BẰNG PHƢƠNG PHÁP SPME – GC”
Hội đồng hƣớng dẫn:
TS. PHAN PHƢỚC HIỀN (NLU)
TS. FRÉDÉRIC GAY (CIRAD)

Hiện nay, các kết quả nghiên cứu về mô tả bản chất của các hợp chất thơm
cũng nhƣ so sánh chất lƣợng mùi thơm của các giống lúa thơm ở Việt Nam hiện nay
hầu nhƣ không có. Vì vậy, việc nghiên cứu bản chất các hợp chất thơm, sự hình
thành các hợp chất thơm, so sánh chất lƣợng mùi thơm của một số giống lúa thơm

sẽ hữu ích cho các nhà tạo giống trong việc phát triển các giống lúa thơm mới cũng
nhƣ thiết lập nên những đặc điểm đặc trƣng cho các giống lúa thơm, chứng minh
đƣợc chất lƣợng cao là công việc rất có ý nghĩa thiết thực.
Với những lí do trên, chúng tôi tiến hành khảo sát, phân tích và so sánh chất
lƣợng mùi thơm của 4 giống lúa Jasmine, OM3536, ST3, VD20. Đây là những
giống đã đƣợc trồng phổ biến ở Đồng bằng sông Cửu Long.
Những kết quả đạt đƣợc:
Xác định đƣợc hệ số phản hồi của hợp chất thơm 2 – acetyl – 1 –
pyrroline là 7834.
Xác định đƣợc hợp chất thơm 2 – acetyl – 1 – pyrroline xuất hiện ở
thời điểm 9,8 phút trong điều kiện phòng thí nghiệm.
Nồng độ 2 – AP có trong lá lúa tăng theo các giai đoạn phát triển của
cây lúa và đạt cao nhất khi lúa ở giai đoạn nở hoa, sau đó giảm khi lúa
bắt đầu tạo hạt nhƣng vẫn cao hơn so với các giai đoạn tăng trƣởng
ban đầu.

v

Nồng độ 2 – AP có trong hạt lúa tăng theo các giai đoạn hình thành
hạt, cao nhất khi hạt lúa ở giai đoạn chín.
Giống lúa OM3536 có nồng độ 2 – AP trong lá cao nhất so với 3
giống lúa còn lại, kế đến lần lƣợt theo thứ tự là giống lúa VD20 và
Jasmine, ST3 là giống lúa có nồng độ 2 – AP trong lá thấp nhất trong
nhóm 4 giống lúa đƣợc phân tích.
Jasmine có nồng độ 2 – AP trong hạt cao nhất, OM3536 và ST3 có
nồng độ 2 – AP trong hạt xấp xỉ bằng nhau, VD20 có nồng độ 2 – AP
trong hạt thấp nhất trong 4 giống lúa thử nghiệm.
Nồng độ 2 – AP trong lá lúa thấp hơn rất nhiều (0,014%) so với trong
lá dứa.

vi
ABSTRACT

PHAM MAI THUY TRANG, Nong Lam University, HCMC, August, 2007.
“STUDYING, ANALYZING AND COMPARING THE AROMATIC QUALITY
OF 4 VARIETIES OF RICE: JASMINE, OM3536, ST3 AND VD20, WHICH ARE
CULTURED IN CUU LONG RIVER DELTA, WITH EACH OTHER UTILIZING
THE SOLID PHASE MICRO EXTRACTION (SPME) AND GAS
CHROMATOGRAPHY (GC) METHODS ”
Board of research advisers:
TS. PHAN PHƢỚC HIỀN (NLU)
TS. FRÉDÉRIC GAY (CIRAD)

Recently, there are no many studies about the characteristics of aromatic
compounds of scented varieties of rice in Viet Nam, as well as compare theirs
aromatic quality with each other. So that, studying the characteristics and the
generation of aromatic compounds of some aromatic varieties of rice and comparing

theirs with each other will be helpful for culturists in developing new aromatic
varieties of rice as well as resetting the characteristics and demonstrating the high
quality of theirs.
For reasons, we studied, analyzed and compared the aromatic quality of 4
varieties of rice: Jasmine, OM3536, ST3 and VD20, which are cultured commonly
in Cuu Long River Delta.

Results obtained from the study:
Identifying the response factor of 2 – acetyl – 1 – pyrroline compound
is 7834.
Identifying the aromatic compound of 2 – acetyl – 1 – pyrroline
appears at 9,8
th
minute in laboratory’s condition.

vii

The concentration of 2 – AP in leaves of rice increase as well as the
development of rice and highest in the flowering stage of rice, then
descends when grain is generate, but it is higher than the
concentration of 2 – AP in the first development stage of rice.
The increasing of 2 – AP in grain follows the grain’s generation
stages, and is highest when grain is mature.
OM3536 variety has the concentration of 2 – AP in leaves highest,
comparing with 3 varieties others. ST3 is the variety of rice which has
the concentration of 2 – AP in leaves smallest in 4 varieties of rice
analyzed.
The concentration of 2 – AP in grain is highest in Jasmine, comparing
with 3 varieties others. OM3536 and ST3 varieties have 2 – AP
concentration in grain is approximately. VD20 variety has 2 – AP

concentration in grain is smallest in 4 varieties studied.
2 – AP concentration in leaves of rice is lower many times (0,014%)
than 2 – AP concentration in leaves of pandanus.













viii
MỤC LỤC

CHƢƠNG TRANG
Trang tựa
Lời cảm ơn ................................................................................................................. iii
Tóm tắt ....................................................................................................................... iv
Mục lục ..................................................................................................................... viii
Danh sách các chữ viết tắt ......................................................................................... xii
Danh sách các bảng .................................................................................................. xiii
Danh sách các hình .................................................................................................. xiv
Danh sách các biểu đồ .............................................................................................. xvi
Danh sách các sơ đồ ................................................................................................ xvii

1. MỞ ĐẦU ................................................................................................................ 1
1.1. ĐẶT VẤN ĐỀ .................................................................................................. 1
1.2. MỤC ĐÍCH VÀ YÊU CẦU ............................................................................. 2
1.2.1. Mục đích .................................................................................................. 2
1.2.2. Yêu cầu .................................................................................................... 2
2. TỔNG QUAN ........................................................................................................ 3
2.1. GIỚI THIỆU CHUNG VỀ CÂY LÚA ............................................................ 3
2.1.1. Hệ thống phân loại cây lúa ...................................................................... 3
2.1.2. Đặc điểm sinh thái – sinh học cây lúa ..................................................... 3
2.1.2.1. Hạt lúa và sự nảy mầm ............................................................... 3
2.1.2.2. Lá lúa .......................................................................................... 5
2.1.2.3. Bông lúa ...................................................................................... 6
2.1.3. Đặc điểm sinh trƣởng và phát triển cây lúa ............................................. 8
2.1.3.1. Ba thời kì sinh trƣởng, phát triển của cây lúa .............................. 8
2.1.3.2. Các giai đoạn phát triển của cây lúa ............................................ 8
2.2. LÚA THƠM ĐẶC SẢN VIỆT NAM .............................................................. 9
2.2.1. GIỚI THIỆU VỀ CÁC GIỐNG LÚA JASMINE, OM3536, ST3, VD20

ix

........................................................................................................................... 10
2.2.1.1. Giống lúa OM3536......................................................................... 10
2.2.1.2. Giống lúa Jasmine .......................................................................... 11
2.2.1.3. Giống lúa VD20 ............................................................................. 12
2.2.1.4. Giống lúa ST3 ................................................................................ 12
2.2.2. CÁC NGHIÊN CỨU VỀ HÓA SINH CHẤT THƠM CỦA LÚA GẠO ...
........................................................................................................................... 13
2.2.2.1. Những hợp chất bay hơi có trong gạo thơm ................................... 13
2.2.2.2. Hợp chất thơm 2 – acetyl – 1 – pyrroline...................................... 16
2.3. PHƢƠNG PHÁP VI CHIẾT XUẤT TRÊN PHA RẮN (SPME) ................... 19

2.4. SẮC KÝ KHÍ .................................................................................................. 20
2.5. SẮC KÝ KHÍ GHÉP KHỐI PHỔ ................................................................... 21
3. VẬT LIỆU VÀ PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU .......................................... 22
3.1. THỜI GIAN VÀ ĐỊA ĐIỂM TIẾN HÀNH .................................................... 22
3.2. VẬT LIỆU, HÓA CHẤT VÀ THIẾT BỊ ........................................................ 22
3.3. NỘI DUNG NGHIÊN CỨU ........................................................................... 23
3.4. PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ................................................................... 23
3.4.1. Phƣơng pháp trồng lúa ........................................................................... 23
3.4.2. Chiết xuất hợp chất bay hơi trong gạo thơm bằng phƣơng pháp SPME
.......................................................................................................................... 24
3.4.2.1. Dụng cụ sử dụng cho kĩ thuật SPME ............................................. 24
3.4.2.2. Các bƣớc thực hiện trong kĩ thuật vi chiết xuất trên pha rắn ......... 26
3.4.2.3. Ứng dụng phƣơng pháp SPME trong chiết xuất hợp chất 2 – acetyl
– 1 – pyrroline ............................................................................................. 27
3.4.3. Định tính và định lƣợng hợp chất thơm 2 – AP có trong lá và hạt lúa
bằng GC và GC/MS ......................................................................................... 29
3.4.3.1. Sơ đồ thiết bị sắc kí khí .................................................................. 30
3.4.3.2. Detector .......................................................................................... 31
3.4.3.3. Cột mao quản ................................................................................. 32
3.4.4. Xác định hệ số phản hồi của 2 - AP ...................................................... 34

x
3.4.5. Xác định nồng độ hợp chất thơm 2 – acetyl – 1 – pyrroline trong lá lúa
và trong hạt lúa ................................................................................................. 34
3.4.6. Phƣơng pháp xử lý thống kê .................................................................. 34
4. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN ............................................................................ 35
4.1. XÁC ĐỊNH HỆ SỐ PHẢN HỒI CỦA 2 - AP ................................................ 35
4.2. ĐỊNH TÍNH HỢP CHẤT 2- ACETYL – 1 – PYRROLINE .......................... 40
4.3. KHẢO SÁT VÀ SO SÁNH HÀM LƢỢNG 2 – AP CÓ TRONG CÂY LÚA
QUA CÁC THỜI KÌ PHÁT TRIỂN CỦA CÂY LÚA Ở 4 GIỐNG LÚA:

JASMINE, OM3536, ST3, VD20 .......................................................................... 47
4.3.1. Khảo sát sự biến đổi hàm lƣợng 2 – AP ở cây lúa qua các thời kì tăng
trƣởng ................................................................................................................ 47
4.3.2. So sánh hàm lƣợng 2 – AP qua các thời kì sinh trƣởng, phát triển của cây
lúa ở 4 giống Jasmine, OM3536, ST3, VD20 .................................................. 50
4.4. SO SÁNH HÀM LƢỢNG 2 – AP CÓ TRONG LÁ LÚA VÀ LÁ DỨA ...... 51
5. KẾT LUẬN VÀ ĐỀ NGHỊ ................................................................................. 54
5.1 KẾT LUẬN ...................................................................................................... 54
5.1.1. Định tính 2 - AP ..................................................................................... 54
5.1.2. Phân tích hàm lƣợng 2 – AP có trong lá và trong hạt của 4 giống lúa
Jasmine, OM3536, ST3, VD20 ........................................................................ 54
5.2 ĐỀ NGHỊ ......................................................................................................... 55
6. TÀI LIỆU THAM KHẢO .................................................................................. 56
7. PHỤ LỤC ............................................................................................................. 64
Phụ lục 1. Các hợp chất bay hơi có trong gạo thơm ................................................. 64
Phụ lục 2. Khống chế các yếu tố ảnh hƣởng ............................................................. 65
Phụ lục 3. Sắc ký đồ phân tích hợp chất 2 – AP có trong lá của giống lúa Jasmine
................................................................................................................................... 68
Phụ lục 4. Sắc ký đồ GC phân tích hợp chất 2 – AP có trong lá của giống lúa
OM3536 .................................................................................................................... 68
Phụ lục 5. Sắc ký đồ GC phân tích hợp chất 2 – AP có trong lá của giống lúa ST3
................................................................................................................................... 69

xi

Phụ lục 6. Sắc ký đồ GC phân tích hợp chất thơm 2 – AP có trong lá của giống lúa
VD20 ......................................................................................................................... 69
Phụ lục 7. Sắc ký đồ GC phân tích hợp chất thơm 2 – AP có trong hạt của giống lúa
Jasmine ..................................................................................................................... 70
Phụ lục 8. Sắc ký đồ GC phân tích hợp chất 2 – AP có trong hạt của giống lúa

OM3536 ................................................................................................................... 70
Phụ lục 9. Sắc ký đồ GC phân tích hợp chất 2 – AP có trong hạt của giống lúa ST3
................................................................................................................................... 71
Phụ lục 10. Sắc ký đồ GC phân tích hàm lƣợng 2 – AP có trong hạt của giống lúa
VD20 ......................................................................................................................... 71
Phụ lục 11. Sắc ký đồ GC phân tích hàm lƣợng 2 – AP có trong lá dứa .................. 72
Phụ lục 12. Sắc ký đồ GC phân tích chất chuẩn tetradecane .................................... 72
Phụ lục 13. Sắc ký đồ GC phân tích pentanol và hexanal ........................................ 73
Phụ lục 14. Sắc ký đồ GC phân tích chất chuẩn collidine, octanol, nonanal, decanal,
hexanol ...................................................................................................................... 73
Phụ lục 15. Sắc ký đồ GC/MS phân tích mẫu gạo Jasmine ...................................... 74
















xii
DANH SÁCH CÁC CHỮ VIẾT TẮT

SPME (Solid Phase Microextraction): vi chiết xuất trên pha rắn
FID (Flame ionization detector): đầu dò ion hóa ngọn lửa.
GC (Gas chromatography): sắc ký khí.
GC/MS (Gas chromatography/mass spectrum): sắc ký khí ghép khối phổ.
Ctv: cộng tác viên
CS: cộng sự
2 – AP, AcPy: 2 – acetyl – 1 – pyrroline
HPLC (High pressure liquid chromarography): sắc ký lỏng cao áp
LC/MS (liquid chromarography/mass spectrum): sắc ký lỏng ghép khối phổ
RF (response factor): hệ số phản hồi
OM: Ô Môn
ST: Sóc Trăng
IRRI (International Rice Research Institute): Viện nghiên cứu lúa gạo
quốc tế
FAO (Food and Agriculture Organization): Tổ chức lƣơng thực và nông
nghiệp quốc tế
TCD (Thermal Conductivity Detector): đầu dò dẫn nhiệt
ECD (Electron Capture Detector): đầu dò cộng kết điện tử
PDMS: Polydimethylsiloxane
DVB: Divinylbenzene
DI (Direct immersion): Nhúng trực tiếp







xiii

DANH SÁCH CÁC BẢNG

BẢNG TRANG
Bảng 2.1 Các yếu tố ảnh hƣởng đến việc hình thành và lƣu giữ mùi thơm có trong
gạo thơm (nguồn Singh và ctv, 2000) ....................................................................... 19
Bảng 4.1. Hệ số phản hồi của 8 chất chuẩn .............................................................. 35
Bảng 4.2. Thời gian lƣu (phút) của 8 chất chuẩn khi phân tích trên máy GC thực
hiện năm 2007 và năm 2006 (Nguyễn Thị Thu Hƣơng) .......................................... 40
Bảng 4.3. Thời gian lƣu của hexanal, 2 – AP, nonanal khi phân tích trên GC/MS do
Nguyễn Thị Thu Hƣơng thực hiện ............................................................................ 42
Bảng 4.4. Thời gian lƣu của hexanal và nonanal khi phân tích trên máy GC/MS và
GC ............................................................................................................................. 44
Bảng 4.5. Thời gian lƣu của hexanal, 2 – AP, nonanal khi phân tích trên 2 hệ thống
GC/MS và GC ........................................................................................................... 47
Bảng 4.6. Nồng độ 2 – AP theo các thời kỳ tăng trƣởng của lúa ở 4 giống Jasmine,
OM3536, ST3, VD20 ............................................................................................... 47
Bảng 4.7. Nồng độ 2 – AP trong hạt lúa qua các giai đoạn phát triển của hạt ......... 48
Bảng 4.8. Nồng độ 2 – AP có trong lá dứa và trong lá của 4 giống lúa Jasmine,
OM3536, ST3, VD20 ................................................................................................ 52









xiv
DANH SÁCH CÁC HÌNH

HÌNH TRANG
Hình 2.1. Hạt lúa ......................................................................................................... 4
Hình 2.2. Cấu trúc hóa học của 2 – AP ..................................................................... 16
Hình 2.3. Phổ đồ hợp chất 2 – acetyl – 1 – pyrroline ............................................... 16
Hình 3.1. Cấu tạo sợi chiết dùng trong kỹ thuật SPME ............................................ 24
Hình 3.2. Dụng cụ thực hiện kỹ thuật SPME ............................................................ 25
Hình 3.3. Các kỹ thuật chiết dùng trong phƣơng pháp SPME .................................. 26
Hình 3.4. Dụng cụ thực hiện kỹ thuật SPME (DVB/CAR/PDMS) .......................... 29
Hình 3.5. Sơ đồ thiết bị sắc ký khí detector ion hóa ngọn lửa FID........................... 30
Hình 3.6. Sơ đồ cấu tạo hình học của detector ion hóa ngọn lửa.............................. 31
Hình 3.7. Cột mao quản ............................................................................................ 32
Hình 3.8. Máy sắc ký khí .......................................................................................... 33
Hình 3.9. Máy sắc ký khí ghép khối phổ .................................................................. 33
Hình 4.1. Sắc ký đồ GC phân tích chất chuẩn collidine (nồng độ 0,01mg/ml) ....... 36
Hình 4.2. Sắc kí đồ GC phân tích chất chuẩn decanane (nồng độ 0,01 mg/ml) ....... 36
Hình 4.3. Sắc kí đồ GC phân tích chất chuẩn hexanal (nồng độ 0,01 mg/ml).......... 37
Hình 4.4. Sắc kí đồ GC phân tích chất chuẩn hexanol (nồng độ 0,01 mg/ml) ......... 37
Hình 4.5. Sắc kí đồ GC phân tích chất chuẩn nonanal (nồng độ 0,01 mg/ml) ......... 38
Hình 4.6. Sắc kí đồ GC phân tích chất chuẩn octanol (nồng độ 0,01 mg/ml) .......... 38
Hình 4.7. Sắc kí đồ GC phân tích chất chuẩn pentanol (nồng độ 0,01 mg/ml) ........ 39
Hình 4.8. Sắc kí đồ GC phân tích chất chuẩn tetradecane (nồng độ 0,01 mg/ml) .... 39
Hình 4.9. Sắc ký đồ GC – MS phân tích các hợp chất bay hơi có trong mẫu gạo
thơm sử dụng thí nghiệm .......................................................................................... 41
Hình 4.10. Kết quả tra cứu thời gian lƣu của 2 hợp chất hexanal và nonanal trong
thƣ viện của máy GC/MS .......................................................................................... 42
Hình 4.11. Phổ đồ của hợp chất phân tách ở thời điểm 9,184 phút của mẫu gạo thơm
sử dụng thí nghiệm .................................................................................................... 43

xv

Hình 4.12. Phổ đồ hợp chất 2 – acetyl – 1 – pyrroline ............................................. 44
Hình 4.13. Kết quả phân tích mẫu gạo thơm trên máy GC/MS ................................ 45
Hình 4.14. Kết quả phân tích mẫu gạo thơm trên máy GC ....................................... 45
Hình 4.15. Kết quả phân tích mẫu gạo thơm trên máy GC ....................................... 46
Hình 4.16. Sắc ký đồ GC phân tích hàm lƣợng 2 – AP trong lá lúa (mẫu OM3536) ...
................................................................................................................................... 48
Hình 4.17. Sắc ký đồ GC phân tích hàm lƣợng 2 – AP trong hạt lúa ở giai đoạn chín
(mẫu Jasmine) ........................................................................................................... 49
Hình 4.18. Sắc kí đồ GC phân tích hàm lƣơng 2 – AP có trong lá dứa .................... 52
















xvi
DANH SÁCH CÁC BIỂU ĐỒ

BIỂU ĐỒ TRANG

Biểu đồ 4.1. So sánh nồng độ 2 – AP có trong lá qua các thời kì tăng trƣởng của 4
giống lúa Jasmine, OM3536, ST3, VD20 ................................................................. 50
Biểu đồ 4.2. So sánh nồng độ 2 – AP có trong hạt qua các giai đoạn phát triển hạt
của 4 giống lúa Jasmine, OM3536, ST3, VD20 ....................................................... 51
Biểu đồ 4.3. So sánh hàm lƣợng 2 – AP có trong lá dứa và trong lá của 4 giống lúa
Jasmine, OM3536, ST3, VD20 ................................................................................. 53















xvii

DANH SÁCH CÁC SƠ ĐỒ

SƠ ĐỒ TRANG
Sơ đồ 3.1. Qui trình phân tích hợp chất bay hơi trong gạo thơm bằng phƣơng pháp
SPME ........................................................................................................................ 28

1

1

Chƣơng 1.
MỞ ĐẦU

1.1. ĐẶT VẤN ĐỀ
Theo thống kê nông nghiệp của FAO, các loại lƣơng thực truyền thống chủ
yếu đƣợc sản xuất và tiêu thụ trên thế giới bao gồm 5 loại cụ thể: lúa gạo, lúa mì,
ngô, kê, lúa mạch. Trong số các loại kể trên, lúa mì và lúa gạo (Oryza sativa L.) là
hai loại lƣơng thực cơ bản dùng cho con ngƣời. Theo tính toán của FAO, đến năm
2001, sản lƣợng lúa gạo sản xuất ra trên toàn thế giới có thể duy trì sự sống cho
3.260 triệu ngƣời, chiếm trên 53% dân số thế giới [10].
Từ 1989 trở lại đây, Việt Nam trở thành một trong những nƣớc xuất khẩu
gạo hàng đầu thế giới. Năm 2003, các nƣớc xuất khẩu gạo chính (tính theo triệu tấn)
bao gồm: Thái Lan (8,0), Việt Nam (4,0), Mỹ (3,0) (FAO, 2005) [31]. Tuy sản xuất
với số lƣợng nhiều, nhƣng chất lƣợng và giá gạo xuất khẩu của Việt Nam thƣờng
thấp hơn so với một số nƣớc nhƣ Thái Lan, Mỹ, đặc biệt có sự chênh lệch lớn ở loại
gạo đặc sản và gạo cao cấp.
Từ cái nôi của nền văn minh lúa nƣớc xa xƣa, gạo đặc sản Việt Nam đã có
những loại nổi tiếng nhƣ Tám thơm, Tám xoan, Dự hƣơng, Nếp cái hoa vàng…từng
một thời phục vụ chủ yếu cho vua quan quí tộc. Nét nổi bật của gạo đặc sản quí
hiếm là hạt cơm dẻo, mềm, vị đậm và ngon, tinh bột cao cấp amilopectin chiếm tới
80%, giá trị dinh dƣỡng cao, dễ hấp thụ, đặc biệt khi nấu, dƣới tác dụng của nhiệt
độ, hơi bốc từ nồi cơm tỏa mùi thơm ngào ngạt, ngon lành khiến ngƣời ở xa 20 – 30
mét cũng dễ nhận biết đƣợc thứ hƣơng thơm độc đáo, gợi cảm này [10].
Hiện nay, hầu hết các giống đã bị lẫn tạp nhiều, chất lƣợng cơm gạo, đặc biệt
là độ thơm dẻo và năng suất bị giảm. Thƣơng hiệu gạo đặc sản của nƣớc ta trên thị

2
trƣờng quốc tế chƣa có, đây cũng là trở ngại lớn trên con đƣờng nâng cao sức cạnh
tranh của lúa gạo Việt Nam.
Mùi thơm là một trong những yếu tố rất quan trọng quyết định chất lƣợng và
thị hiếu của ngƣời tiêu dùng nhƣng các nghiên cứu về bản chất của các hợp chất
thơm cũng nhƣ so sánh chất lƣợng mùi thơm của các giống lúa thơm khác nhau ở
Việt Nam hiện nay chỉ mới bắt đầu trong thời gian rất gần đây và gần nhƣ chƣa có
kết qủa đáng kể. Vì vậy, việc nghiên cứu bản chất các hợp chất thơm, sự hình thành
các hợp chất thơm, so sánh chất lƣợng mùi thơm của một số giống lúa thơm sẽ hữu
ích cho các nhà tạo giống trong việc phát triển các giống lúa thơm mới cũng nhƣ
thiết lập nên những đặc điểm đặc trƣng cho các giống lúa thơm, chứng minh đƣợc
chất lƣợng cao là công việc rất có ý nghĩa thiết thực.
Với những lí do trên, đƣợc sự phân công của Bộ môn Công nghệ sinh học
dƣới sự hƣớng dẫn của thầy TS. Phan Phƣớc Hiền (NLU), TS. Frédéric Gay
(CIRAD), chúng tôi thực hiện đề tài: “Khảo sát, phân tích và so sánh chất lƣợng
mùi thơm của một số giống lúa thơm trồng ở Đồng bằng sông Cửu Long”.
1.2. MỤC ĐÍCH VÀ YÊU CẦU
1.2.1. Mục đích
- Nghiên cứu sự biến đổi của một số hợp chất bay hơi ở một vài loại lúa
thơm.
- So sánh sự tạo thành và hàm lƣợng của các hợp chất thơm ở một vài loại
lúa thơm.
1.2.2. Yêu cầu
- Khảo sát các điều kiện sinh trƣởng và phát triển của một số giống lúa
thơm.
- Sử dụng phƣơng pháp vi chiết xuất trên pha rắn (SPME) kết hợp với sắc
kí khí (Gas Chromatography – GC) để đánh giá và so sánh hàm lƣợng
chất thơm trong một số giống lúa thơm đƣợc trồng ở Đồng bằng sông

Cửu Long.


3

3

Chƣơng 2.
TỔNG QUAN TÀI LIỆU

2.1. GIỚI THIỆU CHUNG VỀ CÂY LÚA
2.1.1. Hệ thống phân loại cây lúa
Lúa [7] thuộc: Ngành thực vật có hoa: Angiospermae
Lớp một lá mầm: Monocotyledons
Bộ Hoà thảo có hoa: Poales (Graminales)
Họ Hoà Thảo: Poaceae (Gramineae)
Họ phụ Hoà Thảo ƣa nƣớc: Pryzoideae
Chi lúa: Oryza
Loài lúa trồng: Oryza sativa
Loài phụ:
 Subsp: japonica: Loài phụ Nhật Bản
 Subsp: indica: Loài phụ Ấn Độ
 Subsp: javanica: Loài phụ Java
2.1.2. Đặc điểm sinh thái-sinh học cây lúa
2.1.2.1. Hạt lúa và sự nảy mầm
 Hạt lúa
Hạt lúa là một bộ phận quan trọng nhất của cây lúa. Là noãn sào thụ tinh đã
chín, có hai mày trấu nhỏ trên và dƣới, hai vỏ trấu trên và dƣới, cuống trấu ở phần
dƣới của hạt và đuôi ở chót hạt (ngắn hoặc dài). Một hạt lúa có trọng lƣợng từ 12 –
44 mg ở 0% ẩm độ. Bản chất hạt lúa là quả dĩnh nhỏ, phần hạt thực thụ là hạt gạo

lứt (gạo lật) [7], gồm có (hình 2.1):
Vỏ trấu: gồm trấu trên và trấu dƣới, có các màu khác nhau tuỳ theo giống.


4
Râu: Hạt thóc có thể có râu hoặc không có râu, màu sắc của mỏ hạt và
của râu thƣờng giống nhau.
Cám gồm biểu bì, quả bì và chủng bì (nucellus). Màu sắc hạt gạo do lớp
chủng bì.
Phôi nhũ gồm có lớp aleurone và phôi nhũ tích tụ tinh bột.
Mầm cây gồm có phôi (mầm) lá, phôi rễ và trụ phôi giữa ở phần dƣới của
hạt.

Hình 2.1. Hạt lúa [78]
 Sự nảy mầm của hạt
Hạt giống hút nƣớc trƣơng lên, gặp nhiệt độ thích hợp và đầy đủ không khí
thì nảy mầm. Đầu tiên là một khối trắng (tiền thân của mầm và rễ phôi) xuất hiện
phá vỏ trấu ra ngoài, tiếp đến là rễ phôi xuất hiện và dài ra nhanh chóng, cuối cùng
đến bao mầm có dạng mũi chông đâm ra [7].
 Điều kiện cần thiết để hạt lúa nảy mầm [7]
Một hạt lúa nảy mầm bình thƣờng cần 3 điều kiện: nƣớc, nhiệt độ và không
khí đủ O
2
.
● Nƣớc: Để hạt nảy mầm cần ngâm cho hạt hút no nƣớc. Ngâm hạt với thể
tích nƣớc gấp 3 lần thể tích thóc và sau khi ngâm 24 giờ phải thay bằng nƣớc


5

5

sạch để tránh hiện tƣợng gây chua do một phần tinh bột hoà tan vào nƣớc, ảnh
hƣởng đến sự nảy mầm của hạt. Thời gian ngâm hạt tùy thuộc vào nhiệt độ
không khí, nhiệt độ nƣớc khi ngâm và độ khép kín của vỏ trấu.
● Nhiệt độ: Hạt lúa muốn nảy mầm cần nhiệt độ thích hợp. Nhiệt độ giới
hạn thấp nhất để hạt lúa có thể nảy mầm tốt nhất là 12
o
C, nhiệt độ tối thiểu là
30-35
o
C, nhiệt độ tối cao là 40
o
C. Ở khoảng nhiệt độ 30-35
o
C hạt lúa nảy mầm
tốt nhất, nhanh và tập trung.
● Không khí: Hạt lúa nảy mầm cần có oxy của không khí lấy từ môi trƣờng
xung quanh. Ít oxy hạt lúa nảy mầm không đồng bộ, rễ ngắn, mầm dài hoặc chỉ
có mầm không có rễ. Để hạt nảy mầm tốt cần cung cấp đầy đủ không khí.
2.1.2.2. Lá lúa
 Hình thái lá lúa [7]
Một lá lúa hoàn chỉnh gồm các bộ phận: bẹ lá, phiến lá, cổ lá, tai lá và lƣỡi lá
(thìa lìa).
● Ở thời kì sinh trƣởng sinh dƣỡng, bẹ lá ôm lấy nhau và tạo thành thân của
của nhánh lúa (thân giả).
● Phiến lá là phần quan trọng nhất của lá, nơi diễn ra quá trình quang hợp
để tạo ra carbon hydrate (các chất đƣờng bột). Phiến lá gồm các gân chạy song
song, tùy thuộc vào giống mà phiến lá có hình dạng khác nhau.
● Lá lúa có màu sắc khác nhau tùy giống. Đa số giống lúa có lá màu xanh

và ở các mức độ khác nhau. Theo mức độ xanh của lá mà ngƣời ta chia ra: lá lúa
xanh đậm, lá lúa xanh, lá lúa xanh sáng, lá lúa xanh vàng...
 Quá trình phát triển của lá lúa [7]
Lá lúa mọc từ mầm lá trên mắt đốt thân. Mỗi mắt đốt thân tƣơng ứng với một
lá nên cây lúa có bao nhiêu mắt đốt thân thì có bấy nhiêu lá.
Lá lúa đƣợc hình thành qua 4 giai đoạn: đầu tiên là giai đoạn mầm lá bắt đầu
phân hóa, tiếp đến là giai đoạn hình thành phiến lá, rồi đến giai đoạn hình thành bẹ
lá và cuối cùng là một lá mới xuất hiện. Lá phát triển hoàn chỉnh và chuyển sang
thời kì sống và hoạt động. Bốn giai đoạn kế tục của thời kì này là:


6
● Hoàn thiện về hình thái: lá tiếp tục dài ra, chuyển từ màu xanh vàng sang
xanh và đạt hình thái ổn định.
● Giai đoạn lá hoạt động mạnh: hoạt động quang hợp xảy ra mạnh mẽ, các
chất dinh dƣỡng đƣợc tích lũy phục vụ cho hoạt động sống của cây.
● Giai đoạn hoạt động giảm: khi khối lƣợng của lá đạt cao nhất thì hoạt
động của lá bắt đầu giảm. Sự giảm này gia tăng cùng với độ già của lá, các chất
tích lũy trong lá cũng giảm.
● Giai đoạn ngừng hoạt động: lá già, vàng úa, héo dần và chết. Tuổi thọ của
lá kéo dài từ 20-40 ngày tùy theo vị trí của lá trên cây. Thông thƣờng các lá lúa
ra sau có tuổi thọ cao hơn lá ra trƣớc.
2.1.2.3. Bông lúa
Bông lúa là bộ phận quan trọng nhất của cây lúa, là kết quả của mọi hoạt
động trong đời sống cây lúa. Bông lúa cũng là bộ phận tạo ra hạt lúa-sản phẩm quan
trọng nhất của cây lúa [7].
 Hình thái bông lúa
Một bông lúa gồm phần cơ bản là trục bông, gié cấp I xuất phát từ trục bông,
gié cấp II xuất phát từ gié cấp I, các hoa lúa (sau này là hạt lúa) đƣợc đính trên gié
cấp II, phần đầu bông trên gié cấp I.

Bông lúa có nhiều dạng khác nhau nhƣ:
● Bông thẳng: trục bông không cong, thuộc loại hình bông bé.
● Bông cong đầu: phần gần đầu bông cong.
● Bông cong tròn: bông cong xuống từ phần giữa bông...
 Cấu tạo hoa lúa
Hoa lúa thuộc dạng điển hình của cây hòa thảo gồm vỏ trấu trong, vỏ trấu
ngoài, 2 mày trấu, nhị đực có 6 bao phấn và nhụy gồm bầu nhụy và 2 vòi nhụy.
 Trổ bông, nở hoa, thụ phấn và thụ tinh
Thời kì lúa chƣa trổ thì lúa nằm trong đòng, khi đã phát triển hoàn chỉnh thì
bông lúa thoát ra khỏi đòng, ta gọi là lúa trổ bông hay lúa trổ. Thời gian kể từ khi
bông lúa nhú ra khỏi đòng đến khi toàn bộ bông lúa thoát ra gọi là thời gian trổ. Các


7

7

giống trổ nhanh, tập trung thì thời gian trổ chỉ kéo dài 2-3 ngày, các giống trổ chậm
thì phải 5-7 ngày mới trổ xong.
Sau khi trổ thì bông lúa nở hoa (phơi màu). Trong cùng một ngày khi nhiệt
độ không khí tăng cao thì hoa lúa bắt đầu nở. Hoa nở rộ nhất lúc 9-10 giờ sáng. Trời
mƣa lạnh lúa không nở; trời âm u, mát, hoa lúa nở muộn hơn.
Khi hoa lúa nở thì vỏ trấu mở ra, 6 bao phấn vƣơn ra ngoài, tung phấn lên
vòi nhụy, hạt phấn ngay sau đó nảy mầm lên vòi nhụy, đó là quá trình thụ phấn.
Ở cây lúa xảy ra quá trình thụ tinh kép: hạt phấn sinh ra 2 tinh tử, một tinh tử
kết hợp với tế bào trứng để tạo ra phôi, còn một tinh tử khác thì kết hợp với cực
nhân để tạo ra nội nhũ.
Sau khi lúa phơi màu khoảng 8 giờ thì quá trình thụ tinh hoàn thành, hoa lúa
phát triển thành hạt lúa.
 Sự phát triển của hạt lúa

Hạt lúa (chính là một quả) còn gọi là hạt thóc, là một hoa lúa sau khi thụ
phấn, thụ tinh phát triển mà thành.
Sau khi thụ tinh phôi hình thành rất nhanh, 24 giờ sau khi thụ tinh thì đã bắt
đầu phân hóa, 7 ngày sau mầm và bao mầm nguyên thủy đã đƣợc hình thành. Sau 8-
10 ngày, các bộ phận của phôi đã có thể phân biệt rõ nhƣ trục phôi, mầm phôi và rễ
phôi. Sau 15 ngày phôi đã phát triển hoàn chỉnh, nằm ở phía cuống của hạt thóc,
phía bụng và phần cuối của hạt gạo.
Cùng với phôi, nội nhũ cũng phát triển nhanh chóng để trở thành hạt gạo.
Hạt gạo phát triển theo chiều dài trƣớc, 4 ngày sau khi thụ tinh, hạt gạo non đã dài
đến đỉnh của vỏ trấu và bắt đầu quá trình tích lũy tinh bột. Tinh bột lúc đầu còn ít và
hòa tan trong dịch nhƣ một dạng sữa (giai đoạn chín sữa), sau đó lƣợng tinh bột
tăng và hạt gạo trở thành một khối mềm (giai đoạn chín sáp) rồi chuyển sang cứng,
vỏ trấu chuyển thành màu vốn có của giống, 6-7 ngày sau đó thì hạt lúa đã chín
hoàn toàn.
Từ khi lúa trổ, hoàn thành thụ phấn, thụ tinh đén khi hạt lúa hình thành và
chín hoàn toàn trải qua 30-35 ngày.