Khảo sát mười giống lúa Oryza sativa L đặc sản dùng làm nguyên liệu chế biến bánh mì không gluten

Luận án tiến sĩ nghiên cứu khảo sát mười giống lúa oryza sativa l đặc sản dùng làm nguyên liệu chế biến bánh mì không gluten, phát triển phương pháp mới, đánh giá hiệu quả ứng

• Tác giả: Lê Thị Kim Loan
• Người hướng dẫn: Gs. Nguyễn Minh Thủy
• Trường học: Trường Đại Học Cần Thơ
• Chuyên ngành: Công Nghệ Sinh Học
• Đề tài: Khảo Sát Mười Giống Lúa (Oryza sativa L.) Đặc Sản Dùng Làm Nguyên Liệu Chế Biến Bánh Mì Không Gluten
• Loại tài liệu: luận án tiến sĩ
• Năm xuất bản: 2022
• Địa điểm: Cần Thơ

Mục lục chi tiết

• LỜI CẢM ƠN
• TÓM TẮT
• ABSTRACT
• LỜI CAM ĐOAN
• 1. CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU
• 1.2. Mục tiêu nghiên cứu
• 1.3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu
• 1.4. Nội dung nghiên cứu
• 1.5. Ý nghĩa của luận án
• 1.5.1. Ý nghĩa khoa học
• 1.5.2. Ý nghĩa thực tế
• 1.6. Những điểm mới của luận án
• 2. CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN TÀI LIỆU
• 2.1. Tổng quan về lúa
• 2.1.1. Giới thiệu chung
• 2.1.2. Đặc điểm cơ bản của các giống lúa nghiên cứu
• 2.1.3. Giá trị dinh dưỡng của hạt gạo
• 2.2. Các chỉ tiêu năng suất và chất lượng
• 2.2.1. Các chỉ tiêu năng suất
• 2.2.2. Các chỉ tiêu chất lượng
• 2.2.3. Dấu chỉ thị
• 2.2.3.1. Chỉ thị hình thái
• 2.2.3.2. Chỉ thị phân tử
• 2.3. Bánh mì không gluten
• 2.4. Các thành phần được sử dụng để cải thiện chất lượng bánh mì không gluten
• 2.5. Tình hình nghiên cứu trong và ngoài nước
• 2.5.1. Một số công trình nghiên cứu chọn giống lúa dựa vào hàm lượng amylose và anthocyanin
• 2.5.2. Kết quả các công trình nghiên cứu về bánh mì không gluten
• 2.6. Trích ly protein và anthocyanin trong cám gạo
• 2.7. Tối ưu hóa bằng phương pháp bề mặt đáp ứng (RSM)
• 3. CHƯƠNG 3: PHƯƠNG TIỆN VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
• 3.1. Phương tiện nghiên cứu
• 3.1.1. Thời gian và địa điểm
• 3.1.2. Nguyên vật liệu
• 3.1.3. Thiết bị và dụng cụ
• 3.2. Phương pháp nghiên cứu
• 3.2.1. Phương pháp phân tích và đo đạc các chỉ tiêu
• 3.2.2. Phương pháp xử lý kết quả
• 3.3. Nội dung nghiên cứu
• 3.3.1. Nội dung nghiên cứu
• 3.3.2. Bố trí thí nghiệm
• 4. CHƯƠNG 4: KẾT QUẢ THẢO LUẬN
• 4.1. Chọn giống lúa có hàm lượng anthocyanin, protein cao và amylose thấp
• 4.1.1. Sử dụng dấu phân tử kết hợp với phương pháp hóa học để xác định giống lúa có hàm lượng amylose thấp, protein và anthocyanin cao từ 10 giống lúa nghiên cứu
• 4.1.2. Xác định chỉ số diệp lục tố và thời gian sinh trưởng, năng suất, chất lượng của 10 giống lúa nghiên cứu được trồng trong nhà lưới
• 4.2. Chỉ số diệp lục (SPAD)
• 4.3. Trồng khảo nghiệm các giống lúa có hàm lượng amylose thấp, protein và anthocyanin cao ngoài đồng
• 4.4. Khảo sát sự biến đổi các hợp chất anthocyanin, protein, amylose và một số tính chất vật lý của hạt trong 12 tháng bảo quản
• 4.5. Xây dựng quy trình sản xuất bánh mì không gluten
• 4.5.1. Tối ưu hóa quá trình kết hợp của bột gạo, bột bắp, bột đậu nành và tinh bột khoai tây để nâng cao chất lượng bánh mì
• 4.5.2. Tối ưu hóa khả năng kết hợp của HPMC, nước, nấm men, maltodextrin và thời gian lên men để nâng cao chất lượng bánh mì
• 4.5.3. Đánh giá chất lượng của bánh mì không gluten
• 4.6. Áp dụng công nghệ sinh học (sử dụng enzyme, vi khuẩn lactic, gạo mầm, chiết xuất các hợp chất sinh học có trong cám gạo) vào quy trình sản xuất bánh mì không gluten nhằm nâng cao chất lượng và giá trị sinh học của bánh
• 4.6.1. Sử dụng loại và lượng enzyme thích hợp để nâng cao chất lượng của bánh mì không gluten
• 4.6.2. Chiết xuất các hợp chất có hoạt tính sinh học cao có trong cám gạo (protein, anthocyanin) bổ sung vào quy trình sản xuất bánh mì nhằm gia tăng giá trị sinh học của sản phẩm
• 4.6.3. Nâng cao giá trị dinh dưỡng và hàm lượng các chất có hoạt tính sinh học trong bánh mì không gluten từ nguồn nguyên liệu gạo mầm
• 4.6.4. Sử dụng vi khuẩn lactic để nâng cao cấu trúc và giá trị cảm quan sản phẩm bánh mì không gluten
• 4.6.5. So sánh chất lượng các sản phẩm tối ưu của quy trình sản xuất bánh mì không gluten có sử dụng protein, anthocyanin được chiết xuất từ cám gạo cẩm; các enzyme β-amylase, protease, TGase; gạo mầm; vi khuẩn lactic
• 4.6.6. Đánh giá chất lượng và khảo sát sự chấp nhận của người tiêu dùng đối với sản phẩm bánh mì không gluten
• 4.6.7. Sử dụng bột khoai tây kết hợp với bột lá gai sấy thăng hoa để cải thiện chất lượng của bánh mì không gluten
• 5. CHƯƠNG 5: KẾT LUẬN VÀ ĐỀ XUẤT
• TÀI LIỆU THAM KHẢO
• DANH MỤC CÔNG TRÌNH
• PHỤ LỤC A: HÌNH ẢNH
• PHỤ LỤC B: PHƯƠNG PHÁP XÁC ĐỊNH THÀNH PHẦN HÓA HỌC
• PHỤ LỤC C: XÁC ĐỊNH CÁC THÔNG SỐ VẬT LÝ
• PHỤ LỤC D: XÁC ĐỊNH CHỈ TIÊU VI SINH VẬT
• PHỤ LỤC E: CÁC CHỈ TIÊU THEO DÕI KHI ĐÁNH GIÁ LÚA TRONG NHÀ LƯỚI VÀ NGOÀI ĐỒNG
• PHỤ LỤC F: CÁC CÔNG VIỆC CHUẨN BỊ
• PHỤ LỤC G: BẢNG MÔ TẢ SẢN PHẨM THEO TCVN 3215:79
• PHỤ LỤC H: PHÂN TÍCH THỐNG KÊ
• PHỤ LỤC I: BẢNG SỐ LIỆU CÁC YẾU TỐ VỀ NHIỆT ĐỘ, ÁNH SÁNG VÀ ĐỘ ẨM TRONG TRẠI THỰC NGHIỆM
• PHỤ LỤC J: KẾT QUẢ PHÂN TÍCH KIỂM TRA MẪU GẠO MẦM VÀ BÁNH MÌ

Tóm tắt

I. Lựa chọn giống lúa và đánh giá chất lượng

Nghiên cứu khảo sát 10 giống lúa đặc sản Việt Nam gồm Cẩm Cai Lậy, Jasmine 85, Nàng Thơm Chợ Đào, Huyết Rồng, Hồng Ngọc Óc Eo, Ngọc Đỏ Hương Dứa, ĐH6, VD20, Đại học Cần Thơ 1, và D13. Mục tiêu là tìm ra giống lúa có hàm lượng amylose thấp, protein và anthocyanin cao, phù hợp làm nguyên liệu sản xuất bánh mì không gluten. Dấu phân tử được sử dụng kết hợp phương pháp hóa học để sàng lọc giống lúa. Cụ thể, RM190 dùng để phân biệt hàm lượng amylose, RM21 xác định hàm lượng protein, CAPS-DFR phân biệt gạo trắng và gạo màu, Indel-Rc và CAPS-OSB1 xác định màu đỏ và đen của hạt.

1.1. Kết quả nghiên cứu cho thấy giống lúa Cẩm Cai Lậy nổi bật với hàm lượng protein và anthocyanin cao, amylose thấp, độ trở hồ thấp và độ bền gel phù hợp.

1.2. Các giống lúa được trồng khảo nghiệm trong nhà lưới và ngoài đồng để đánh giá các chỉ tiêu nông học, năng suất và chất lượng. "Kết quả cho thấy sử dụng RM190 đã phân biệt được các giống lúa có hàm lượng amylose cao và thấp hoặc rất thấp, RM21 có hiệu quả trong việc xác định hàm lượng protein cao hay thấp...". Việc trồng khảo nghiệm giúp xác nhận tính ổn định của các đặc tính mong muốn trong điều kiện thực tế.

1.3. Nghiên cứu cũng khảo sát khả năng bảo quản lúa trong bao bì PA ở nhiệt độ 25°C trong 6 tháng. Kết quả cho thấy hàm lượng protein, anthocyanin và amylose được duy trì tốt, đảm bảo chất lượng nguyên liệu cho sản xuất bánh mì.

II. Tối ưu hóa quy trình sản xuất bánh mì không gluten

Nghiên cứu sử dụng phương pháp bề mặt đáp ứng (RSM) để tối ưu hóa tỷ lệ phối trộn nguyên liệu và thời gian lên men, nhằm tạo ra bánh mì không gluten có chất lượng tốt nhất.

2.1. Thí nghiệm được thiết kế theo mô hình Box-Behnken để xác định tỷ lệ tối ưu của bột gạo, bột bắp, bột đậu nành, tinh bột khoai tây, HPMC, nấm men, nước, maltodextrin và thời gian lên men. "Kết quả khẳng định tỷ lệ các nguyên liệu bột gạo, bột bắp, đậu nành và tinh bột khoai tây cần sử dụng lần lượt là 64,9%, 20,3%, 4,9% và 10,2%. Tỷ lệ HPMC, nấm men, nước, maltodextrin và thời gian lên men có giá trị tối ưu là 1,3%; 2,95%; 100,5%, 10,0% và 30 phút."

2.2. Việc tối ưu hóa này giúp cải thiện cấu trúc, thể tích riêng và độ cứng của bánh mì, đáp ứng yêu cầu cảm quan của người tiêu dùng.

III. Ứng dụng công nghệ sinh học để nâng cao chất lượng bánh mì

Nghiên cứu ứng dụng các kỹ thuật công nghệ sinh học để cải thiện chất lượng bánh mì không gluten. Các phương pháp bao gồm bổ sung enzyme (β-amylase, protease, TGase), vi khuẩn lactic, sử dụng gạo mầm, và chiết xuất các hợp chất sinh học từ cám gạo cẩm (protein, anthocyanin).

3.1. "Kết quả xác định bánh mì có thể tích riêng cao nhất, cấu trúc tốt nhất và độ cứng thấp nhất khi sử dụng các enzyme β- amylase, protease, TGase ở tỷ lệ 0,11%; 0,16%; 0,21% so với tổng lượng bột sử dụng." Việc bổ sung enzyme giúp cải thiện quá trình lên men và cấu trúc bánh.

3.2. Gạo mầm được sử dụng làm nguyên liệu do hàm lượng enzyme amylase cao, đường tổng cao, protein tăng, độ bền gel tăng và tinh bột giảm. "Trong đó, bánh mì làm từ gạo mầm có cấu trúc tốt, giá trị dinh dưỡng cao và được người tiêu dùng đánh giá ở mức tốt."

3.3. Vi khuẩn lactic được bổ sung vào bột nhào để cải thiện cấu trúc bánh. Protein và anthocyanin chiết xuất từ cám gạo cẩm được bổ sung để tăng giá trị dinh dưỡng và màu sắc cho sản phẩm. "Sử dụng 20% bột chua với chủng vi khuẩn lactic ở mật độ 108 CFU/ml vào bột nhào đã cải thiện cấu trúc của bánh mì."

IV. Đánh giá và ứng dụng thực tiễn

Nghiên cứu đã thành công trong việc lựa chọn giống lúa Cẩm Cai Lậy phù hợp cho sản xuất bánh mì không gluten và tối ưu hóa quy trình sản xuất. Việc ứng dụng công nghệ sinh học như bổ sung enzyme, sử dụng gạo mầm, vi khuẩn lactic và chiết xuất các hợp chất sinh học từ cám gạo đã cải thiện đáng kể chất lượng bánh mì.

4.1. Bánh mì không gluten từ gạo mầm được đánh giá cao về cấu trúc, giá trị dinh dưỡng và được người tiêu dùng chấp nhận. "Kết quả thí nghiệm đã khẳng định sử dụng enzyme, protein, anthocyanin trích ly từ cám gạo, vi khuẩn lactic, gạo mầm đều cải thiện được chất lượng bánh mì không gluten."

4.2. Nghiên cứu này có giá trị thực tiễn cao, góp phần đa dạng hóa sản phẩm từ lúa gạo, đặc biệt là tạo ra sản phẩm bánh mì không gluten đáp ứng nhu cầu của người tiêu dùng bị bệnh celiac hoặc có chế độ ăn kiêng gluten. Nghiên cứu cũng mở ra hướng ứng dụng công nghệ sinh học trong sản xuất thực phẩm, nâng cao giá trị gia tăng cho sản phẩm nông nghiệp.

Nội dung chính

Tổng quan luận án

Tính cấp thiết và khoảng trống nghiên cứu

Bệnh celiac là một bệnh lý mãn tính đường ruột do cơ thể không dung nạp protein gluten có trong lúa mì, đại mạch và yến mạch, ảnh hưởng đến khoảng 1% dân số thế giới. Giải pháp kiểm soát duy nhất hiện nay là tuân thủ chế độ ăn hoàn toàn không chứa gluten (gluten-free). Tuy nhiên, các sản phẩm bánh mì không gluten thương mại thường gặp nhược điểm lớn về mặt công nghệ và dinh dưỡng: cấu trúc ruột bánh bị cứng, thể tích riêng nhỏ, nhanh thoái hóa do thiếu mạng lưới protein tạo khung giữ khí; đồng thời hàm lượng protein, chất xơ, vitamin và khoáng chất thường rất thấp.

Gạo (Oryza sativa L.) là nguồn tinh bột thay thế phù hợp do tính chất dễ tiêu hóa, không gây dị ứng và hương vị trung tính. Mặc dù vậy, protein trong gạo chủ yếu là glutelin (65–85%), prolamin chiếm tỷ lệ rất nhỏ nên không thể tự hình thành mạng lưới đàn hồi giữ khí tương tự như gluten của bột mì. Việc tuyển chọn các giống lúa đặc sản có hàm lượng protein cao, amylose thấp và giàu các hợp chất có hoạt tính sinh học (anthocyanin, polyphenol) bằng các chỉ thị phân tử, kết hợp với các kỹ thuật công nghệ sinh học (sử dụng enzyme tạo liên kết chéo, vi khuẩn lactic lên men bột chua, quá trình nảy mầm và trích ly hợp chất sinh học từ cám gạo) là khoảng trống nghiên cứu cần được giải quyết một cách có hệ thống.

Mục tiêu nghiên cứu

1. Mục tiêu chung: Tuyển chọn giống lúa đặc sản có hàm lượng anthocyanin cao, protein cao (>8%) và amylose thấp (<20%), đồng thời ứng dụng công nghệ sinh học nhằm xây dựng quy trình chế biến sản phẩm bánh mì không gluten đạt chất lượng công nghệ và giá trị dinh dưỡng cao.
2. Mục tiêu cụ thể:
   • 1. Tuyển chọn được giống lúa có chứa hàm lượng anthocyanin cao, protein cao (>8%), amylose thích hợp (<20%) từ 10 giống lúa đặc sản dựa vào dấu phân tử và phân tích hóa học; đánh giá đặc tính nông học, phẩm chất hạt và điều kiện bảo quản.
   • 2. Xây dựng quy trình sản xuất bánh mì không gluten với công thức tối ưu hóa từ tỷ lệ phối trộn các loại bột (bột gạo, bột bắp, bột đậu nành, tinh bột khoai tây) và các phụ gia (HPMC, maltodextrin, nấm men, nước, thời gian lên men).
   • 3. Áp dụng các giải pháp công nghệ sinh học (bổ sung enzyme β-amylase, protease, transglutaminase; sử dụng vi khuẩn lactic lên men bột chua; chế biến gạo Cẩm nảy mầm; bổ sung protein và anthocyanin trích ly từ cám gạo; kết hợp bột khoai tây và bột lá gai sấy thăng hoa) để nâng cao chất lượng cấu trúc và hoạt tính sinh học của bánh mì không gluten.
   • 4. Đánh giá chất lượng vệ sinh an toàn thực phẩm, các chỉ tiêu hóa lý, cấu trúc và mức độ chấp nhận của người tiêu dùng đối với các sản phẩm bánh mì không gluten tối ưu.

Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

• Đối tượng nghiên cứu: Mười giống lúa đặc sản gồm Cẩm Cai Lậy (Tiền Giang), Jasmine 85 (Cần Thơ), Nàng Thơm Chợ Đào (Long An), Huyết Rồng (Long An), Hồng Ngọc Óc Eo (An Giang), Ngọc Đỏ Hương Dứa (Đồng Tháp), Nếp cẩm ĐH6 (Thanh Hóa), VD20 (ĐBSCL), Đại học Cần Thơ 1 (ĐHCT1) và D13 (Tiền Giang). Sản phẩm chế biến là bánh mì không chứa gluten.
• Phạm vi không gian: Khảo nghiệm nông học tại nhà lưới Trường Đại học Tiền Giang và ruộng thực nghiệm tại huyện Cai Lậy, tỉnh Tiền Giang; nghiên cứu sinh học phân tử, phân tích hóa lý và chế biến thực phẩm tại Viện Nghiên cứu & Phát triển Công nghệ Sinh học và Khoa Nông nghiệp, Trường Đại học Cần Thơ, kết hợp với Bộ môn Công nghệ Thực phẩm, Trường Đại học Tiền Giang.
• Phạm vi thời gian: Quá trình theo dõi đồng ruộng diễn ra trong vụ Hè Thu 2017–2018 và Đông Xuân; thời gian khảo sát bảo quản hạt lúa kéo dài trong 12 tháng; các phân tích thực nghiệm và đánh giá chất lượng sản phẩm được hoàn thành trong giai đoạn 2017–2022.

---

Tổng quan tài liệu và vị trí của luận án

Các hướng nghiên cứu trước được điểm lại

• Chất lượng hạt lúa và chỉ thị phân tử:
  • Juliano (1971, 1985), Cruz and Khush (2000), Larkin et al. (2003) xác định hàm lượng amylose là tiêu chí chi phối độ dẻo, độ mềm cơm và tính chất chế biến của hạt gạo; phân loại amylose theo tiêu chuẩn IRRI (1996).
  • Jin et al. (2010), Bao et al. (2006) làm rõ vai trò của gen SSIIa và các chỉ thị phân tử liên quan chặt chẽ đến độ trở hồ của tinh bột gạo (kiểu gen SSIIa-TT biểu hiện kích thước 350 bp tương ứng độ trở hồ thấp; kiểu gen SSIIa-GC biểu hiện kích thước 550 bp tương ứng độ trở hồ cao hoặc trung bình).
  • Lim et al. (2014), Maeda et al. (2014), Zhao et al. (2016), Saitoh et al. (1991) phân tích con đường sinh tổng hợp anthocyanin và các locus gen Kala1, Kala3, Kala4, OsC, OSB1 và Rc kiểm soát sắc tố vỏ cám hạt gạo.
  • Patil et al. (2014), Lee et al. (2014), Dadsena (2016) chứng minh việc sử dụng các chỉ thị SSR (như RM21, RM489, RM12532, RM555, RM506) để nhận dạng các vùng QTL liên quan đến hàm lượng protein cao trong nội nhũ lúa.
• Công nghệ chế biến bánh mì không gluten:
  • Arentz-Hansen et al. (2004), Ludvigsson et al. (2014), Briani et al. (2008), Thompson (2000) nghiên cứu cơ chế bệnh sinh của bệnh celiac và sự thiếu hụt dưỡng chất ở người áp dụng chế độ ăn kiêng gluten.
  • Gujral and Rosell (2004a, 2004b), Gallagher et al. (2004), Aoki et al. (2010, 2020) khảo sát ảnh hưởng của hàm lượng amylose và độ dài mạch amylopectin đến độ cứng và thể tích riêng của bánh mì gạo; đánh giá vai trò của enzyme TGase trong việc hình thành mạng lưới protein thay thế khung gluten.
  • Anton and Artfield (2008), Demirkesen et al. (2010), Hager and Arendt (2013), Rosell et al. (2001) đánh giá hiệu quả tạo cấu trúc giữ khí của các hydrocolloid (chất keo), đặc biệt là Hydroxypropyl Methylcellulose (HPMC) và Carboxymethyl Cellulose (CMC).
  • Moroni et al. (2009, 2011), Di Cagno et al. (2008), Gobbetti et al. (2014) chỉ rõ khả năng cải thiện thể tích, hương vị, giảm tốc độ thoái hóa và giảm lượng acid phytic nhờ ứng dụng vi khuẩn lactic (LAB) lên men bột chua (sourdough).
  • Charoenthaikij et al. (2010a, 2010b), Watanabe et al. (2004), Cáceres et al. (2014), Sirisoontaralak et al. (2015) khai thác bột gạo nảy mầm nhằm kích hoạt hệ enzyme nội tại (α-amylase), tích lũy gamma-aminobutyric acid (GABA) và các hợp chất phenolic chống oxy hóa.
  • Niittyla et al. (2006), Lee et al. (2014), Zhang et al. (2013) nghiên cứu hoạt tính β-amylase tự nhiên và các hợp chất chlorogenic acid trong lá gai (Boehmeria nivea L.) nhằm làm chậm quá trình lão hóa tinh bột bánh mì.

Khoảng trống luận án lựa chọn giải quyết

Các công trình trước đây chủ yếu nghiên cứu đơn lẻ về chọn giống phân tử hoặc tập trung vào một phụ gia hóa học riêng biệt để cải thiện bánh mì không gluten. Luận án kết nối hoàn chỉnh chuỗi nghiên cứu: từ ứng dụng dấu phân tử (MAS) để tuyển chọn giống lúa đặc sản có giá trị dinh dưỡng cao (Cẩm Cai Lậy), đến tối ưu hóa công thức đa thành phần bằng mô hình toán học (RSM) và kết hợp đồng bộ các giải pháp sinh học (sử dụng đồng thời các enzyme đặc hiệu, bột chua vi khuẩn lactic, quá trình nảy mầm và khai thác chiết xuất tự nhiên từ cám gạo và lá gai) nhằm tạo ra sản phẩm bánh mì không gluten có chất lượng công nghệ tương đương bánh mì truyền thống nhưng vượt trội về hoạt tính sinh học.

---

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết và khái niệm sử dụng

• Lý thuyết di truyền phân tử và chọn giống: Sử dụng chỉ thị phân tử đoạn lặp chuỗi đơn (SSR), đa hình chiều dài đoạn cắt giới hạn được khuếch đại (CAPS) và đoạn chèn/mất (Indel) để chẩn đoán kiểu gen chi phối các tính trạng hóa sinh (hàm lượng amylose, protein, anthocyanin và độ trở hồ).
• Lý thuyết lưu biến và hóa keo thực phẩm: Thay thế mạng lưới liên kết disulfide của gluten lúa mì bằng mạng lưới hydrocolloid ưa nước (HPMC), tinh bột hồ hóa và các liên kết cộng hóa trị do enzyme chuyển nhóm acyl (TGase) xúc tác giữa các phân tử protein không gluten.
• Phương pháp tối ưu hóa bề mặt đáp ứng (Response Surface Methodology - RSM): Ứng dụng mô hình toán học Box-Behnken và thiết kế phức hợp tâm (CCD) để mô hình hóa mối quan hệ giữa các biến công nghệ độc lập với các hàm mục tiêu (thể tích riêng, độ cứng cấu trúc, điểm đánh giá cảm quan, hiệu suất trích ly).

Phương pháp nghiên cứu thực nghiệm

• Phương pháp sinh học phân tử:
  • Tách chiết DNA tổng số từ lá non của 10 giống lúa.
  • Khuếch đại PCR với các cặp mồi đặc hiệu: RM190 (gen tổng hợp amylose Waxy), RM21 (tính trạng protein), CAPS-DFR (phân biệt lúa trắng và lúa màu), CAPS-OSB1 và Indel-Rc (xác định sắc tố đen và đỏ của vỏ cám), SSIIa (xác định độ trở hồ).
  • Điện di trên gel agarose và polyacrylamide, nhuộm ethidium bromide và chụp ảnh gel dưới tia UV.
• Phương pháp nông học và hình thái:
  • Bố trí thí nghiệm khối hoàn toàn ngẫu nhiên (RCBD) trong nhà lưới và ngoài đồng ruộng tại huyện Cai Lậy (vụ Hè Thu 2017–2018).
  • Theo dõi chỉ số diệp lục tố (SPAD) bằng máy Minolta SPAD-502, thời gian sinh trưởng, chiều cao cây, số bông/bụi, số hạt chắc/bông, tỷ lệ lép, khối lượng 1.000 hạt và năng suất thực thu.
• Phương pháp hóa lý và phân tích cấu trúc:
  • Xác định hàm lượng amylose theo phương pháp đo quang phổ iod (Juliano, 1971).
  • Xác định hàm lượng protein theo phương pháp Micro-Kjeldahl; xác định anthocyanin tổng số bằng phương pháp pH vi sai.
  • Đo độ bền thể gel, độ trở hồ (nhiệt độ hồ hóa) theo tiêu chuẩn của IRRI.
  • Đo cấu trúc độ cứng (hardness) của bánh mì bằng máy đo cấu trúc (Texture Profile Analyzer); đo thể tích riêng của bánh mì bằng phương pháp chiếm chỗ hạt cải (cm³/g).
  • Phân tích sắc ký trao đổi ion hiệu năng cao (HPAEC) và sắc ký lớp mỏng (TLC) để đánh giá mức độ phân cắt và phân bố chiều dài chuỗi tinh bột khi xử lý với bột lá gai và khoai tây.
• Phương pháp công nghệ sinh học:
  • Trích ly protein và anthocyanin từ cám gạo có hỗ trợ của sóng siêu âm (UAE).
  • Kiểm soát điều kiện ngâm và ủ nảy mầm hạt lúa để tối ưu hóa hoạt tính enzyme amylase và hàm lượng GABA.
  • Lên men bột chua sử dụng chủng vi khuẩn lactic (Lactic Acid Bacteria - LAB) thuần khiết ở các mật độ tế bào khác nhau.
• Phương pháp đánh giá cảm quan và an toàn thực phẩm:
  • Đánh giá cảm quan thị hiếu theo thang điểm mô tả và thang điểm đo lường mức độ ưa thích trên tập đối tượng khảo sát 200 người tiêu dùng.
  • Kiểm nghiệm an toàn vi sinh vật theo Quyết định số 46/2007/QĐ-BYT; kiểm nghiệm dư lượng kim loại nặng, độc tố nấm mốc và thuốc bảo vệ thực vật theo QCVN 8-1:2011/BYT.
• Phương pháp xử lý số liệu thống kê:
  • Phân tích phương sai (ANOVA), kiểm tra khác biệt ý nghĩa bằng trắc nghiệm Duncan hoặc LSD qua phần mềm thống kê (Statgraphics Centurion, SPSS, Minitab).

---

Nội dung chính theo từng chương

Chương 1: Giới thiệu

Chương này nêu bối cảnh thực tiễn về nhu cầu dinh dưỡng và sự gia tăng của nhóm người tiêu dùng mắc bệnh celiac cần các sản phẩm không chứa gluten. Tác giả chỉ rõ các rào cản kỹ thuật của việc sử dụng bột gạo thay thế bột mì trong sản xuất bánh mì; xác lập tính cấp thiết của việc áp dụng chỉ thị phân tử trong chọn lọc nguồn nguyên liệu lúa đặc sản kết hợp các giải pháp công nghệ sinh học; định hình rõ 1 mục tiêu chung, 4 mục tiêu cụ thể, đối tượng, phạm vi nghiên cứu, ý nghĩa khoa học và 7 điểm mới cốt lõi của luận án.

Chương 2: Tổng quan tài liệu

Tác giả hệ thống hóa các tài liệu khoa học trong và ngoài nước về:

• Lịch sử tiến hóa, phân loại học, giá trị dinh dưỡng của cây lúa (Oryza sativa L.), các chỉ tiêu cấu thành năng suất và phẩm chất hạt gạo (amylose, protein, anthocyanin, độ trở hồ, độ bền gel).
• Cơ chế hoạt động của các chỉ thị hình thái và chỉ thị phân tử (SSR, CAPS, Indel) trong công tác chọn giống lúa.
• Bệnh sinh bệnh celiac, vai trò cấu trúc của gluten trong chế biến bánh mì và cơ chế tạo khung cấu trúc thay thế từ tinh bột, hydrocolloid (HPMC, CMC), chất xơ hòa tan, nguồn protein bổ sung và tỷ lệ nước.
• Ứng dụng của công nghệ sinh học trong chế biến bánh mì không gluten: cơ chế hoạt động của enzyme thủy phân (amylase, protease) và enzyme tạo liên kết chéo (TGase); ứng dụng vi khuẩn lactic lên men bột chua; động học tích lũy GABA và enzyme nội tại trong gạo mầm; phương pháp trích ly hợp chất có hoạt tính sinh học từ cám gạo và ứng dụng enzyme β-amylase từ cây lá gai.

Chương 3: Phương tiện và phương pháp nghiên cứu

Trình bày chi tiết địa điểm, trang thiết bị, hóa chất và nguồn gốc 10 giống lúa khảo nghiệm. Thiết lập chi tiết quy trình thực nghiệm gồm 3 nội dung lớn và 13 tiểu nội dung:

• Quy trình ly trích DNA và phản ứng PCR khuếch đại các đoạn mồi RM190, RM21, CAPS-DFR, CAPS-OSB1, Indel-Rc, SSIIa.
• Bố trí thí nghiệm khảo nghiệm nông học trong nhà lưới và ngoài đồng ruộng tại Cai Lậy; bố trí các chế độ bao bì (PA, PE, PP) bảo quản lúa trong 12 tháng.
• Quy hoạch thực nghiệm theo mô hình Box-Behnken để tối ưu hóa tỷ lệ bột (gạo, bắp, đậu nành, khoai tây) và các thông số phụ gia (HPMC, nấm men, nước, maltodextrin, thời gian lên men).
• Thiết kế thí nghiệm khảo sát bổ sung enzyme (α-amylase, β-amylase, γ-amylase, protease, TGase); tối ưu hóa điều kiện trích ly protein (pH, nhiệt độ, thời gian) và anthocyanin (pH, nồng độ ethanol, nhiệt độ, thời gian siêu âm) từ cám gạo; tối ưu hóa quy trình sản xuất gạo mầm; thử nghiệm bột chua LAB và phân tích HPAEC/TLC đối với sự kết hợp bột lá gai - tinh bột khoai tây.

Chương 4: Kết quả và thảo luận

Đây là chương nội dung chính của luận án, tập trung các kết quả phân tích số liệu thực nghiệm:

1. Tuyển chọn giống lúa và khảo sát bảo quản

• Chỉ thị phân tử: Phân tích điện di sản phẩm PCR chỉ thị RM190 cho phép phân loại chính xác các giống lúa có hàm lượng amylose cao, thấp và rất thấp; chỉ thị RM21 nhận diện rõ các giống có hàm lượng protein cao; chỉ thị CAPS-DFR phân biệt gạo trắng và gạo màu; chỉ thị Indel-Rc và CAPS-OSB1 xác định đặc trưng sắc tố đỏ và đen.
• Chất lượng giống: Giống lúa Cẩm Cai Lậy được lựa chọn nhờ hội tụ các chỉ tiêu vượt trội: hàm lượng protein cao, hàm lượng anthocyanin đạt 60,4 mg/100g, hàm lượng amylose thấp (<20%), nhiệt độ hồ hóa thấp và độ bền gel phù hợp cho chế biến bột nhão.
• Bảo quản hạt: Bảo quản lúa Cẩm trong bao bì hút chân không PA ở nhiệt độ 25°C giúp duy trì ổn định hàm lượng anthocyanin, protein và amylose trong suốt 6 tháng, tỷ lệ hao hụt khối lượng và biến đổi độ ẩm ở mức thấp nhất so với các bao bì thông thường.

Chỉ tiêu khảo nghiệm	Lúa Cẩm Cai Lậy	Lúa Jasmine 85	Lúa Huyết Rồng	Lúa VD20
Thời gian sinh trưởng (ngày)	80 – 85	100 – 115	~180 (6 tháng)	100 – 115
Chiều cao cây (cm)	87 – 93	95 – 105	100 – 120	105 – 115
Hàm lượng Protein (%)	Cao (>8%)	10,02	Cao	7,5 – 8,2
Hàm lượng Amylose (%)	Thấp (<20%)	19,33	15,4	18,4
Hàm lượng Anthocyanin (mg/100g)	60,4	0	Sắc tố đỏ	0
Dấu phân tử nhận diện	RM190, RM21, CAPS-OSB1	RM190	Indel-Rc	RM190

2. Xây dựng công thức nền cho bánh mì không gluten bằng RSM

• Tỷ lệ phối trộn bột tối ưu: Bột gạo (64,9%), bột bắp (20,3%), bột đậu nành (4,9%) và tinh bột khoai tây (10,2%). Tỷ lệ này tạo độ đồng nhất cho khối bột, cải thiện độ nở và giữ khí.
• Tỷ lệ phụ gia và thông số lên men tối ưu: HPMC (1,3%), nấm men Saccharomyces cerevisiae (2,95%), lượng nước bổ sung (100,5%), maltodextrin (10,0%) và thời gian lên men đạt 30 phút. Bánh tạo thành có thể tích riêng đạt cực đại và điểm cảm quan cấu trúc đạt mức cao.

3. Ứng dụng công nghệ sinh học nâng cao chất lượng bánh mì

• Bổ sung phức hệ enzyme: Sử dụng kết hợp β-amylase (0,11%), protease (0,16%) và transglutaminase - TGase (0,21%) tính theo tổng khối lượng bột giúp bánh mì đạt thể tích riêng cao nhất, giảm độ cứng ruột bánh và cải thiện vi cấu trúc xốp rỗng.
• Trích ly hoạt chất từ cám gạo Cẩm:
  • Protein cám gạo: Điều kiện tối ưu gồm pH 9,02; thời gian khuấy 4,02 giờ; nhiệt độ 90,6°C. Bột protein thu được đạt hàm lượng 43,0%, có khả năng tạo bọt và tạo nhũ tương tốt, thay thế hoàn toàn protein đậu nành trong công thức bánh mì.
  • Anthocyanin cám gạo: Chiết xuất siêu âm đạt hiệu quả cao nhất tại pH 1,9; nồng độ ethanol 44,1%; nhiệt độ 35,7°C và thời gian 56,0 phút. Bổ sung 4% dịch trích anthocyanin giúp bánh có màu sắc đặc trưng và tăng hoạt tính chống oxy hóa.
• Ứng dụng gạo Cẩm nảy mầm: Điều kiện nảy mầm tối ưu là ngâm 2,6 giờ ở pH 3,1 và ủ 15,5 giờ ở 34,2°C. Gạo mầm có hoạt độ amylase đạt 64,2 UI/g, đường tổng đạt 7%, protein tăng lên 10,4%, tinh bột giảm còn 69,3%, độ bền gel tăng, giàu GABA và polyphenol. Bánh mì sản xuất từ bột gạo mầm có cấu trúc mềm mại tự nhiên và giá trị dinh dưỡng cao.
• Ứng dụng bột chua vi khuẩn lactic (LAB): Bổ sung 20% bột chua lên men bằng LAB ở mật độ tế bào $10^8\text{ CFU/mL}$ vào khối bột nhào giúp cải thiện thể tích riêng, tăng độ xốp và tạo hương vị thơm dịu đặc trưng.
• Kết hợp bột khoai tây và bột lá gai sấy thăng hoa: Tỷ lệ 10g bột khoai tây phối trộn 1g bột lá gai sấy thăng hoa; qua phân tích HPAEC và TLC cho thấy enzyme β-amylase trong lá gai đã thủy phân làm ngắn các mạch tinh bột nhánh, ức chế quá trình thoái hóa tinh bột và làm chậm sự tăng độ cứng của bánh trong 4 ngày bảo quản.

Quy trình chế biến ứng dụng CNSH	Thể tích riêng	Độ cứng ruột bánh	Đặc điểm nổi bật
Quy trình 1: Bổ sung Enzyme (β-amylase 0,11%, Protease 0,16%, TGase 0,21%)	Tăng cao nhất	Giảm đáng kể	Mạng lưới protein liên kết chéo bền vững, giữ khí tốt
Quy trình 2: Chiết xuất Cám Cẩm (Bột protein 43%, Dịch trích Anthocyanin 4%)	Tăng khá	Thấp, mềm	Tăng hoạt tính chống oxy hóa, màu sắc tự nhiên
Quy trình 3: Gạo Cẩm nảy mầm (Ngâm pH 3,1 trong 2,6h; ủ 34,2°C trong 15,5h)	Tăng cao	Mềm xốp tự nhiên	Giàu GABA, đường khử tự nhiên (7%), cảm quan tốt nhất
Quy trình 4: Bột chua LAB (20% bột chua, mật độ LAB $10^8\text{ CFU/mL}$)	Tăng vừa	Ổn định	Hương vị lên men đặc trưng, giảm thoái hóa bánh

• Đánh giá mức độ chấp nhận của người tiêu dùng và an toàn thực phẩm:
  • Khảo sát trên 200 người tiêu dùng cho thấy sản phẩm bánh mì không gluten làm từ gạo mầm nhận được điểm đánh giá ưa thích cao nhất.
  • Các chỉ tiêu kiểm nghiệm vi sinh vật (theo Quyết định 46/2007/QĐ-BYT) và dư lượng kim loại nặng, độc tố nấm mốc, hóa chất bảo vệ thực vật (theo QCVN 8-1:2011/BYT) đều nằm trong giới hạn cho phép.

Chương 5: Kết luận và đề xuất

Tổng kết toàn bộ các kết quả đạt được về mặt chọn giống bằng chỉ thị phân tử, tối ưu hóa công thức bột nền và 4 quy trình công nghệ sinh học chế biến bánh mì không gluten; đưa ra các đề xuất về việc hoàn thiện dây chuyền thiết bị ở quy mô pilot và mở rộng nghiên cứu thử nghiệm lâm sàng.

---

Kết quả và những đóng góp mới

Đóng góp mới về lý luận và khoa học

1. Xác lập hệ thống chỉ thị phân tử nhận diện nhanh: Chứng minh tính hiệu quả và độ chính xác của các chỉ thị SSR (RM190, RM21), CAPS (CAPS-DFR, CAPS-OSB1) và Indel (Indel-Rc) trong việc chẩn đoán sớm các tính trạng hóa sinh quan trọng (hàm lượng amylose thấp, protein cao, vỏ cám giàu anthocyanin) ở các giống lúa đặc sản Việt Nam.
2. Cung cấp cơ sở khoa học về động học biến đổi hóa sinh: Làm sáng tỏ cơ chế thủy phân tinh bột của hệ enzyme nội tại trong quá trình nảy mầm của gạo Cẩm và tác động cắt mạch tinh bột của β-amylase từ lá gai sấy thăng hoa qua phân tích HPAEC và TLC, mở ra hướng giải thích cơ chế chống thoái hóa tinh bột trong hệ thực phẩm không chứa gluten.
3. Mô hình hóa toán học quá trình tạo gel và cấu trúc: Xác lập hệ thống phương trình hồi quy bậc II mô tả chính xác tương tác giữa các thành phần bột không gluten (gạo, bắp, khoai tây, đậu nành) và phụ gia hydrocolloid đối với các tính chất lưu biến của khối bột nhào.

Đóng góp mới về thực tiễn

1. Tuyển chọn giống lúa tối ưu: Xác định giống lúa Cẩm Cai Lậy (Tiền Giang) là nguồn nguyên liệu chất lượng cao có hàm lượng protein và anthocyanin vượt trội, phù hợp cho chế biến thực phẩm chức năng.
2. Xây dựng 04 quy trình công nghệ chế biến tối ưu: Hoàn thiện 04 công thức sản xuất bánh mì không gluten ứng dụng enzyme thương mại, dịch trích cám gạo, bột gạo mầm và bột chua vi khuẩn lactic, dễ dàng chuyển giao áp dụng ở quy mô hộ gia đình lẫn công nghiệp.
3. Tận dụng phụ phẩm nông nghiệp và thảo dược bản địa: Khai thác hiệu quả nguồn cám gạo Cẩm (thu nhận bột protein 43% và dịch chiết anthocyanin) và lá gai bản địa, góp phần gia tăng chuỗi giá trị cây lúa và thảo mộc Việt Nam.
4. Tạo sản phẩm an toàn cho người bệnh celiac: Sản xuất thành công sản phẩm bánh mì không gluten giàu dinh dưỡng, an toàn vệ sinh thực phẩm theo các quy chuẩn hiện hành (QCVN 8-1:2011/BYT và QĐ 46/2007/QĐ-BYT).

Kiến nghị và giải pháp đề xuất

• Ứng dụng quy trình ngâm ủ nảy mầm và trích ly cám gạo Cẩm ở quy mô pilot để đánh giá hiệu quả kinh tế - kỹ thuật.
• Tiếp tục khảo sát thời hạn bảo quản của bánh mì không gluten khi sử dụng các giải pháp bao gói cải tiến (bao gói khí điều chỉnh - MAP).
• Đẩy mạnh liên kết giữa nông dân vùng trồng lúa đặc sản Cai Lậy với các doanh nghiệp chế biến thực phẩm nhằm ổn định vùng nguyên liệu đạt chuẩn.

---

Hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp

Hạn chế của đề tài

• Nghiên cứu tập trung khảo nghiệm 10 giống lúa đặc sản tại khu vực Đồng bằng sông Cửu Long và một số tỉnh lân cận; chưa mở rộng đánh giá đối với toàn bộ các giống lúa màu bản địa tại các vùng sinh thái khác.
• Các thí nghiệm chế biến bánh mì chủ yếu được thực hiện ở quy mô phòng thí nghiệm và thử nghiệm mẻ nhỏ, chưa vận hành liên tục trên dây chuyền thiết bị tự động hóa công nghiệp lớn.
• Chưa tiến hành thử nghiệm lâm sàng trực tiếp trên các bệnh nhân celiac hoặc người dị ứng gluten để đánh giá khả năng dung nạp sinh học dài hạn.

Hướng nghiên cứu tiếp theo

• Nghiên cứu mở rộng việc bảo quản bánh mì không gluten ở các điều kiện nhiệt độ khác nhau và kết hợp công nghệ bao gói vô trùng để kéo dài thời hạn sử dụng.
• Đánh giá thử nghiệm tiền lâm sàng và lâm sàng về chỉ số đường huyết (GI) và hoạt tính chống oxy hóa in vivo của bánh mì làm từ gạo Cẩm nảy mầm.
• Nghiên cứu đa dạng hóa các dòng sản phẩm không chứa gluten khác (bánh quy, mì sợi, bánh ngọt) từ nguồn bột gạo Cẩm và gạo Cẩm nảy mầm.

---

Giá trị tham khảo

Đối tượng thụ hưởng

• Nghiên cứu sinh, học viên cao học và sinh viên ngành Công nghệ Sinh học, Công nghệ Thực phẩm, Khoa học Cây trồng và Dinh dưỡng học: Sử dụng làm tài liệu tham khảo chuyên sâu về ứng dụng chỉ thị phân tử trong chọn giống hóa sinh, phương pháp tối ưu hóa bề mặt đáp ứng (RSM) và công nghệ chế biến ngũ cốc.
• Giảng viên và cán bộ nghiên cứu: Tham khảo khung phương pháp luận kết hợp liên ngành từ sinh học phân tử, nông học đến kỹ thuật thực phẩm và phân tích sắc ký hiện đại (HPAEC, HPLC, TLC).
• Các doanh nghiệp sản xuất thực phẩm và chuyên gia dinh dưỡng: Tiếp cận quy trình công nghệ cụ thể để sản xuất các dòng thực phẩm dinh dưỡng chuyên biệt, đáp ứng nhu cầu của bệnh nhân celiac và người tiêu dùng quan tâm đến thực phẩm có nguồn gốc tự nhiên.

Các phần có giá trị tham khảo cao nhất

• Bảng thông số tối ưu hóa tỷ lệ phối trộn bột nền và phụ gia theo mô hình Box-Behnken (Chương 4, Bảng 4.16, 4.19).
• Quy trình công nghệ chi tiết sản xuất gạo Cẩm nảy mầm giàu GABA và anthocyanin (Chương 4, Hình 4.53).
• Phương pháp luận phân tích sắc ký HPAEC/TLC chứng minh cơ chế cắt nhánh tinh bột của enzyme tự nhiên từ lá gai (Chương 4, Hình 4.48, 4.49, 4.52).

---

Câu hỏi thường gặp

1. Tại sao lúa Cẩm Cai Lậy lại được chọn làm nguyên liệu chính thay thế bột mì trong sản xuất bánh mì không gluten?

Qua sàng lọc 10 giống lúa bằng dấu phân tử (RM190, RM21, CAPS-OSB1) kết hợp phân tích hóa học, giống Cẩm Cai Lậy có hàm lượng protein cao (>8%), hàm lượng anthocyanin đạt 60,4 mg/100g, hàm lượng amylose thấp (<20%), nhiệt độ trở hồ thấp và độ bền gel mềm. Các đặc tính này giúp bột nhào dễ tạo hình, bánh có thể tích nở tốt và cung cấp hoạt tính chống oxy hóa cao.

2. Tỷ lệ phối trộn bột nền và phụ gia tối ưu nhất được xác định trong luận án là bao nhiêu?

• Tỷ lệ phối trộn 4 loại bột: Bột gạo Cẩm (64,9%), bột bắp (20,3%), tinh bột khoai tây (10,2%) và bột đậu nành (4,9%).
• Tỷ lệ phụ gia và thông số công nghệ: HPMC (1,3%), nấm men Saccharomyces cerevisiae (2,95%), nước (100,5%), maltodextrin (10,0%) và thời gian lên men là 30 phút.

3. Các giải pháp công nghệ sinh học nào đã được ứng dụng để cải thiện cấu trúc ruột bánh mì không gluten?

Luận án áp dụng 4 nhóm giải pháp công nghệ sinh học:

1. Bổ sung phức hệ enzyme gồm β-amylase (0,11%), protease (0,16%) và TGase (0,21%).
2. Sử dụng 20% bột chua lên men bằng vi khuẩn lactic (LAB) ở mật độ $10^8\text{ CFU/mL}$.
3. Sử dụng bột gạo Cẩm nảy mầm (ngâm 2,6 giờ ở pH 3,1; ủ 15,5 giờ ở 34,2°C) giàu enzyme amylase nội sinh (64,2 UI/g) và GABA.
4. Bổ sung bột lá gai sấy thăng hoa (chứa β-amylase tự nhiên) kết hợp bột khoai tây để làm ngắn mạch nhánh amylopectin, giảm hiện tượng thoái hóa và cứng bánh.

4. Điều kiện tối ưu để trích ly protein và anthocyanin từ cám gạo Cẩm là gì?

• Trích ly protein: Điều chỉnh môi trường đến pH 9,02, thời gian khuấy 4,02 giờ và nhiệt độ trích ly 90,6°C; bột protein thu được có hàm lượng 43,0%.
• Trích ly anthocyanin (hỗ trợ sóng siêu âm): Thực hiện ở pH 1,9, nồng độ dung môi ethanol 44,1%, nhiệt độ siêu âm 35,7°C trong thời gian 56,0 phút.

5. Phương pháp bảo quản nào duy trì tốt nhất chất lượng hạt lúa Cẩm nguyên liệu?

Lúa Cẩm được bảo quản trong bao bì hút chân không PA ở nhiệt độ 25°C duy trì ổn định hàm lượng protein, amylose và hoạt chất anthocyanin trong thời gian 6 tháng với mức độ hao hụt khối lượng và biến động độ ẩm thấp nhất so với bao bì PE và PP thông thường.

---

Kết luận

Luận án tiến sĩ của nghiên cứu sinh Lê Thị Kim Loan đã giải quyết trọn vẹn bài toán khoa học và công nghệ trong việc phát triển sản phẩm bánh mì không chứa gluten từ nguồn lúa đặc sản Việt Nam. Bằng việc kết hợp chỉ thị phân tử trong tuyển chọn giống Cẩm Cai Lậy và ứng dụng đồng bộ các kỹ thuật công nghệ sinh học tiên tiến (enzyme, bột chua lactic, gạo mầm, trích ly siêu âm), công trình đã tạo ra sản phẩm bánh mì không gluten có cấu trúc xốp mềm, thể tích nở cao và giá trị hoạt tính sinh học vượt trội. Kết quả nghiên cứu không chỉ đóng góp cơ sở lý luận cho ngành công nghệ sinh học thực phẩm mà còn mang lại giải pháp thực tiễn có tính khả thi cao phục vụ cộng đồng bệnh nhân celiac và người tiêu dùng.

Trích đoạn nội dung tài liệu

Đặt vấn đề Lúa là cây lương thực quan trọng, là nguồn thực phẩm chủ yếu cho hơn hai phần ba dân số thế giới. Ngày nay, cùng với sự phát triển của kinh tế, xã hội thì nhu cầu thị hiếu của con người cũng thay đổi. Gạo không chỉ để ăn no mà còn phải có giá trị dinh dưỡng cao. Chất lượng hạt gạo là một yếu tố quan trọng có ảnh hưởng lớn đến giá trị thương phẩm và sự chấp nhận của người tiêu dùng (Demont et al.

Hàm lượng amylose được xem là tiêu chí quan trọng nhất ảnh hưởng đến chất lượng của gạo trong quá trình chế biến (Juliano, 1971). Hàm lượng này hiện diện có ảnh hưởng đến độ dẻo, sự kết dính, màu sắc và độ bóng của hạt khi nấu chín (Cruz and Khush, 2000). Đồng thời thành phần này cũng là một yếu tố quyết định đến giá trị của hạt gạo trên thị trường (Larkin et al., 2003) và là một trong những thông số quan trọng để phân loại chất lượng của các giống lúa (Juliano, 1985). Ngoài amylose, protein là thành phần hóa học chính ảnh hưởng đến giá trị dinh dưỡng của hạt gạo.

Hàm lượng protein trong hạt gạo càng cao thì giá trị dinh dưỡng càng nhiều. Mặc dù, hàm lượng protein trong gạo phổ biến hiện nay chỉ chiếm khoảng từ 7 - 8%, nhưng đây lại là nguồn cung cấp protein chính cho con người, đặc biệt là người dân ở các nước châu Á, trong đó có Việt Nam (Jennings et al. Cải tiến giống lúa có hàm lượng protein cao trong những năm gần đây rất được quan tâm (Nguyễn Ngọc Đệ, 2008). Bên cạnh giá trị dinh dưỡng và chất lượng thì tính dược liệu của nguyên liệu và sản phẩm thực phẩm đang được con người rất quan tâm.

Trong gạo đen, vỏ quả có chứa hàm lượng anthocyanin cao (Saito et al. Anthocyanin thuộc nhóm flavonoid nên có khả năng chống oxy hóa, chống lại tia UV, mầm bệnh và côn trùng (Zhang et al. Các thử nghiệm trên động vật cho thấy hợp chất chống oxy hóa này giúp bảo vệ động mạch và ngăn ngừa sự phá hủy của DNA hạn chế sự phát triển tế bào ung thư. Ngoài ra, anthocyanin được sử dụng làm chất màu tự nhiên trong thực phẩm.

Dấu phân tử cung cấp cơ hội mới cho việc nhận dạng từng vùng gen cụ thể để giúp phát triển các chương trình nhân giống thích hợp (Palanga et al. Sử dụng dấu phân tử cho phép ứng dụng rộng rãi DNAvào chọn giống với độ chính xác cao và khách quan. Trong số các dấu phân tử, SSR đã được chứng minh đặc biệt có giá trị và được sử dụng tốt trên lúa vì bộ gen lúa có trình tự lặp cao, locus đặc hiệu, dễ sử dụng và hàm lượng thông tin nhiều Ngành Công nghệ Sinh học 1 Viện NC & PT Công nghệ Sinh học LUAN VAN CHAT LUONG download : add [e-mail] Báo cáo luận án tiến sĩ Trường Đại học Cần Thơ (Rathi and Sarma, 2012). Ngoài ra, còn có các dấu phân tử đặc trưng khác được nghiên cứu phù hợp cho cho từng cặp tính trạng như CAPS, Indel (Lim et al.

Sử dụng dấu phân tử kết hợp với phương pháp hóa học để tuyển chọn giống lúa có hàm lượng amylose thấp và anthocyanin, protein cao là công việc quan trọng cần thực hiện để tìm nguồn nguyên liệu tốt để tạo ra các sản phẩm thực phẩm có chất lượng cao. Bánh mì là một trong những sản phẩm thực phẩm được sử dụng phổ biến hiện nay ở các quốc gia khác nhau, trong đó có Việt Nam. Tuy nhiên, một số người không hấp thu được lượng gluten trong bột mì,nếu sử dụng gluten sẽ dẫn đến tổn thương ruột gây ra bệnh celiac (Arentz-Hansen et al., 2004; Ludvigsson et al. Các bệnh nhân bị bệnh celiac thường hấp thu protein và chất xơ thấp (Thompson, 2000).

Do đó, nghiên cứu sản xuất bánh mì không gluten và tăng cường giá trị dinh dưỡng của sản phẩm là một chủ đề mới đang thu hút sự chú ý trên toàn thế giới. Trong các loại bột, bột gạo là loại ngũ cốc không gluten có nhiều ưu điểm để lựa chọn thay thế bột mì do bột gạo có hương thơm nhẹ, hàm lượng natri thấp, carbohydrate dễ tiêu hóa và không gây dị ứng. Tuy nhiên, bột gạo không thể hình thành một mạng lưới có tính chất tương tự như gluten. Nguyên nhân là trong gạo các protein dự trữ chủ yếu là glutelin (65-85%), trong khi prolamin chiếm một phần nhỏ nên không hình thành được gluten (Gujral and Rosell, 2004a).

Tùy theo loại gạo mà chất lượng bánh mì được tạo thành khác nhau. Aoki et al. (2010) cho rằng gạo có hàm lượng amylose cao (26%) và nhiệt độ hồ hóa cao làm cho bánh mì cứng gấp 1,3 - 1,4 lần. Ngược lại bột gạo có hàm lượng amylose và nhiệt độ hồ hóa thấp sẽ cho bánh mì có chất lượng và thể tích tốt.

Bánh mì không gluten có hàm lượng vitamin, sắt, protein và chất xơ rất kém nhưng nhu cầu về sản xuất bánh mì không gluten chất lượng cao ngày càng tăng. Sử dụng vi khuẩn lactic được gợi ý là một giải pháp tốt để sản xuất bánh mì không gluten đạt chất lượng tốt (Moroni et al. Bột gạo nảy mầm cũng được sử dụng làm thực phẩm chức năng trong sản xuất bánh mì do chứa hàm lượng các hợp chất có hoạt tính sinh học như flavonoid, phenolic, đặc biệt là GABA (Charoenthaikij et al. Để cải thiện chất lượng của bánh mì không gluten, bổ sung enzyme vào bột nhào giúp rút ngắn thời gian lên men, tăng cơ chất cho quá trình lên men là cần thiết.

Enzyme thường được bổ sung để thay đổi trạng thái của bột nhào, tăng khả năng giữ khí, cải thiện cấu trúc và làm giảm sự hình thành acrylamide trong các sản phẩm bánh mì (Dangeet al. Ngành Công nghệ Sinh học 2 Viện NC & PT Công nghệ Sinh học LUAN VAN CHAT LUONG download : add [e-mail] Báo cáo luận án tiến sĩ Trường Đại học Cần Thơ Bột gạo mầm được sử dụng làm thực phẩm chức năng trong sản xuất bánh mì do chứa các hợp chất có hoạt tính sinh học cao và các chất chống oxy hoá (Cáceres et al. Trong quá trình nảy mầm tạo ra 1 lượng lớn α- amylase có tác dụng thay đổi các đặc tính lý, hóa học của bột nhão, cải thiện cấu trúc ruột bánh, tăng lượng khí trong quá trình lên men và làm chậm quá trình đóng bánh (Charoenthaikij et al., 2010b; Watanabe et al. Một trong những phương pháp cải tiến chất lượng của bành mì không gluten là sử dụng bột nhào chua để tạo ra một sản phẩm thực phẩm chức năng.

Chức năng này chủ yếu là do vi khuẩn lactic tạo ra (Moroni et al. Ngoài ra, chiết xuất protein, anthocyanin trong cám gạo cẩm bổ sung vào thành phần nhập liệu nhằmcải thiện chất lượng của bánh mì không gluten. Chọn giống lúa có các tính trạng phù hợp, chất lượng cao dựa vào dấu phân tửkết hợp với phương pháp hóa học, sinh học để ứng dụng trong sản xuất bánh mì không gluten là vấn đề cần được thực hiện nhằm tạo ra một sản phẩm quen thuộc,giàu giá trị dinh dưỡng cho mọi đối tượng, đặc biệt là người bị bệnh celiac.2 Mục tiêu nghiên cứu Mục tiêu chung: Chọn giống lúa có hàm lượng anthocyanin, protein cao (>8%) và amylose thấp (<20%) cùng với công nghệ sinh học để tạo ra một sản phẩm bánh mì không gluten đạt chất lượng tốt. Mục tiêu cụ thể: Chọn được giống lúa có chứa hàm lượng anthocyanin cao, protein cao (>8%), amylose thích hợp (<20%) dựa vào dấu phân tử và phương pháp hóa học.

Xây dựng quy trình sản xuất bánh mì không gluten với công thức tối ưu từ tỷ lệ các loại bột, loại và lượng chất keo, tỷ lệ nước, tỷ lệ nấm men và thời gian lên men. Tạo ra được sản phẩm bánh mì không gluten giàu giá trị dinh dưỡng, giá trị sinh học với các hợp chất như GABA, polyphenol, anthocyanin và đảm bảo các tiêu chuẩn về an toàn thực phẩm, sản phẩm được đánh giá thị hiếu người tiêu dùng. Ngành Công nghệ Sinh học 3 Viện NC & PT Công nghệ Sinh học LUAN VAN CHAT LUONG download : add [e-mail] Báo cáo luận án tiến sĩ Trường Đại học Cần Thơ 1.3 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu Mười giống lúa đặc sản được chọn và trồng tại nhà lưới trường Đại học Tiền Giang và ruộng lúa ở Cai Lậy, Tiền Giang. Lúa được chọn làm thí nghiệm thu hoạch, xay, xát tại Phòng Thí nghiệm của công ty lương thực Tiền Giang.

Bánh mì không gluten được thực hiện tại Bộ môn Công nghệ Thực phẩm, Khoa Nông nghiệp, Trường Đại học Cần Thơ; Bộ môn Công nghệ Thực phẩm, Trường Đại học Tiền Giang. Phạm vi về nội dung: Sử dụng giống lúa có hàm lượng anthocyanin, protein cao và amylose thấp để nghiên cứu tạo ra sản phẩm bánh mì không gluten đạt chất lượng tốt phù hợp cho mọi đối tượng đặc biệt là người bị bệnh celiac.4 Nội dung nghiên cứu Nội dung 1: Kết hợp dấu phân tử với phương pháp hóa học để chọn giống lúa chứa hàm lượng anthocyanin, protein cao và amylose thấp.1: Sử dụng dấu phân tử kết hợp với phương pháp hóa học để xác định giống lúa có hàm lượng amylose thấp, protein và anthocyanin cao từ 10 giống lúa nghiên cứu Nội dung 1.2: Xác định thời gian tăng trưởng, các thành phần năng suất và năng suất, đánh giá chất lượng của 10 giống lúa nghiên cứu được trồng trong nhà lưới Nội dung1.3: Trồng khảo nghiệm các giống lúa phù hợp với điều kiện trồng ngoài đồng ở huyện Cai Lậy, tỉnh Tiền Giang Nội dung1.4: Khảo sát sự biến đổi các hợp chất anthocyanin, protein, amylose và một số tính chất vật lý của hạt trong 12 tháng bảo quản Nội dung 2: Khảo sát các yếu tố ảnh hưởng đến cấu trúc và giá trị cảm quan của sản phẩm bánh mì không gluten được nghiên cứu từ nguồn nguyên liệu gạo Cẩm Cai Lậy.1: Tối ưu hóa quá trình kết hợp của bột gạo, bột bắp, tinh bột khoai tây và đậu nành để nâng cao thể tích riêng và giá trị cảm quan của bánh mì Nội dung 2.2: Tối ưu hóa quá trình kết hợp của HPMC, maltodextrin, nước, nấm men, thời gian lên men ảnh hưởng đến thể tích riêng và giá trị cảm quan của sản phẩm bánh mì không gluten Ngành Công nghệ Sinh học 4 Viện NC & PT Công nghệ Sinh học LUAN VAN CHAT LUONG download : add [e-mail] Báo cáo luận án tiến sĩ Trường Đại học Cần Thơ Nội dung 3: Áp dụng công nghệ sinh học (sử dụng enzyme, vi khuẩn lactic, gạo mầm, chiết xuất các hợp chất sinh học có trong cám gạo) vào quy trình sản xuất bánh mì không gluten nhằm nâng cao chất lượng và giá trị sinh học của bánh.