Đặt vấn đề Lúa gạo (Oryza sativa L.) là lương thực chủ yếu của thế giới và là nguồn cung cấp carbohydrate chính cho hơn một nửa dân số thế giới và là lương thực chính quan trọng nhất ở châu Á (Wang et al. Lúa gạo nằm trong họ cỏ Gramineae và liên quan đến các loại cây cỏ khác như lúa mì, yến mạch và lúa mạch. Gạo cũng cung cấp lượng dinh dưỡng đáng kể về thiamin, riboflavin, niacin và kẽm,… với lượng nhỏ hơn các vi chất dinh dưỡng khác (Megat et al. Gạo là nguyên liệu chính được sử dụng rộng rãi để sản xuất đồ uống có cồn cũng như một chất hỗ trợ trong sản xuất bia kể từ khi các nhà sản xuất bia sử dụng gạo để điều chỉnh hương vị, giảm chi phí và được xem là thế liệu quan trọng trong sản xuất (Okuda et al.
Một loại “Bia” hoàn toàn từ gạo sẽ đặc biệt hấp dẫn đối với những người bị bệnh celiac vì gạo không chứa protein gluten (Ceppi & Brenna, 2010; Mayer et al., 2014; Mayer et al. Tuy nhiên, một trong những bất lợi trong thử nghiệm sản xuất bia từ malt lúa gạo là malt lúa gạo không chứa nhiều enzyme amylase, nhóm enzyme cần thiết để phân hủy tinh bột thành đường lên men (Ceppi & Brenna, 2010a; Mallawarachchi et al. Bên cạnh đó, gạo chứa hàm lượng protein khá thấp (Van et al., 2001) hay hàm lượng acid amin hòa tan (FAN) thấp (Kongkaew et al., 2012), có thể dẫn đến thời gian lên men dài hơn và đó là một trong những lý do giới hạn tỷ lệ bổ sung để sử dụng trong quá trình sản xuất bia. Theo công bố của Pliansrithong et al.
(2013) có thể nâng tỷ lê gạo lên đến 80% và vẫn đạt được hiệu quả lên men khi mức acid amin hòa tan đạt được sau quá trình dịch hóa là 150 mg/L khi sử dụng enzyme thương mại Neutrase kết hợp với việc điều chỉnh phương pháp dịch hóa. Trong suốt quá trình chế biến malt và bia, có rất nhiều thay đổi xảy ra đối với các protein lúa mạch. Ở góc độ là chất dinh dưỡng, thành phần protein sau thủy phân, các hợp chất dinh dưỡng khác như hàm lượng tinh bột, hàm lượng vitamin B, E; các thành phần thực phẩm có hoạt tính sinh học như acid ferulic (FA), gamma oryzanol (GO) và aminobutyric acid gamma (GABA) trong mầm và cám của hạt,… (Roohinejad et al., 2009; Sing et al., 2015) có vai trò rất quan trọng đối với sự sinh trưởng và phát triển của tế bào nấm men trong giai đoạn lên men bia. Bên cạnh đó, thành phần protein ngoài yếu tố dinh dưỡng còn có yếu tố liên quan đến tính đặc trưng của bia chính là khả năng tạo bọt.
Trong bia, sự hình thành bọt chủ yếu là do sự tương tác giữa các protein và acid trong hoa bia (Blasco et al. Chất lượng của bọt trong bia phụ thuộc vào sự hiện diện của protein một phần được giải phóng từ tế bào nấm men và phần khác có nguồn gốc từ lúa mạch - thậm chí còn quan trọng hơn so với protein được giải phóng từ nấm men (Mohan et al. Ngành Công nghệ thực phẩm 1 Khoa Nông nghiệp LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Luận án tiến sĩ khóa 2016 Trường Đại học Cần Thơ Liên quan đến sự hình thành bọt, LTP1 - một polypeptide 9,7 kDa; protein Z- polypeptide 40 kDa và các polypeptide có nguồn gốc hordein khác nhau có kích thước từ 10-30 kDa chịu trách nhiệm chính. Một phần của các protein tự nhiên không hòa tan được chuyển thành protein hòa tan trong quá trình nẩy mầm và đường hóa (Jones & Budde, 2005).
Trong khi hầu hết các protein trong lúa mạch bị kết tụ, bị phân huỷ bởi các protease trong suốt quá trình chế biến (làm malt và nấu bia), một số protein chống lại các điều kiện khắc nghiệt này do tính kháng protease và sự ổn định nhiệt, đó là các protein giàu cầu nối disulfide (Čakajdová, 2015). Hầu hết các protein trong bia có khối lượng phân tử khoảng 10÷40 kDa, trong đó chủ yếu có nguồn gốc từ protein lúa mạch, là sản phẩm của sự phân giải protein và thay đổi hóa học xảy ra trong quá trình sản xuất bia. Cả hai protein LTP1 và Z4 có tính kháng nhiệt độ cao và khả năng kháng protease, góp phần vào khả năng hình thành và ổn định bọt trong quá trình sản xuất bia (Bei et al., 2009; Berner et al. Theo Levis & Young (2001), dịch nha được đun sôi để làm bất hoạt các enzyme, loại bỏ các thành phần hương vị không mong muốn, có tác dụng khử trùng, đồng phân hóa α-acid trong houplon.
Tuy nhiên, trong công nghệ sản xuất bia, đặc biệt ở công đoạn nấu, việc gia nhiệt cao là rất cần thiết để hồ hóa, thủy phân các hợp chất cao phân tử, houblon hóa chuẩn bị cho việc hình thành bọt bia. Chính vì vậy, việc tìm ra những giống lúa có khả năng sinh tổng hợp protein mạch ngắn chịu nhiệt như LTP, khó bị thủy phân bởi hệ enzyme protease có trong quá trình chế biến malt, dịch hóa và lên men là một trong những vấn đề cần được nghiên cứu. Hiện tại, đã có nhiều nghiên cứu về khả năng sử dụng nguyên liệu lúa gạo và các loại ngũ cốc khác trong sản xuất malt và bia. Việc sử dụng và phát triển các loại malt ngũ cốc khác nhau bên cạnh malt lúa mạch để sản xuất bia đã được quan tâm ở nhiều nước trên thế giới, điển hình như sản phẩm bia từ lúa mì, bia “kaffir” châu Phi từ lúa mạch đen, “tesguino” ở Trung Mỹ từ malt ngô và “zutho” ở Ấn Độ làm từ malt lúa gạo,.
Các công trình về sản xuất và ứng dụng malt lúa gạo trong sản xuất bia của Capanzana & Buckle (1997), Usansa et al. (2009, 2011), Marconi et al. (2014), Mayer et al. 2016) là những tiền đề quan trọng cho việc thử nghiệm sản xuất bia từ malt gạo.
Trong đó, việc sản xuất malt từ lúa gạo được thực hiện với thời gian ngâm 24 giờ ở 25°C hoặc 16 giờ ở 35°C, thời gian nẩy mầm 3, 6 hoặc 8 ngày tùy theo giống, nhiệt độ nẩy mầm 30°C giúp cải thiện hoạt động của enzyme nội sinh, kết hợp với quá trình sấy phù hợp để tạo ra malt lúa có màu sắc và mùi thơm mong muốn (Georgiana & Okafor, 1989; Capanzana & Buckle, 1997; Usansa, 2008; Ceppi and Brenna, 2010; Owusu-Mensah et al., 2014; Chandrasekar & Arasaratnam, 2015; Odo et al. Quá trình dịch hóa (thủy phân) cho malt lúa và lên men được thực hiện trên cơ sở điều chỉnh công thức nấu tiêu chuẩn (Congress Mash) hay kết hợp với việc bổ sung enzyme amylase và enzyme protease thương mại giúp cải thiện chất lượng Ngành Công nghệ thực phẩm 2 Khoa Nông nghiệp LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Luận án tiến sĩ khóa 2016 Trường Đại học Cần Thơ dịch nha và đáp ứng yêu cầu dinh dưỡng (chủ yếu là FAN) cho nấm men trong quá trình lên men (Artit Kongkaew, 2012; Agu et al., 2012; Mayer et al., 2014; Mayer et al., 2016; Deka et al., 2018; Ceccaroni et al. Hiện tại, ở Việt Nam chưa có những nghiên cứu sâu về sự đóng góp và vai trò của lúa gạo nẩy mầm (malt lúa) trong công nghệ sản xuất bia cũng như không có báo cáo nào cho thấy quá trình này đã được thực hiện thành công tại một nhà máy sản xuất của Việt Nam. Một khía cạnh quan trọng khác của nghiên cứu này là lúa gạo là một loại ngũ cốc không chứa gluten.
Tiêu thụ sản phẩm không chứa gluten là phương pháp điều trị duy nhất cho những người bị bệnh celiac (Ceccaroni et al. Như vậy, ngoài việc gia tăng tỷ lệ thế liệu như gạo thì khả năng sử dụng malt lúa để sản xuất bia tại các nhà máy của Việt Nam sẽ là một thách thức mới. Do đó, việc tìm kiếm các giống lúa có chất lượng phù hợp cho công nghệ sản xuất malt và bia là vấn đề cần thiết được thực hiện nghiên cứu nhằm góp phần trong việc chọn lựa, nâng cao giá trị kinh tế cho lúa gạo ở ĐBSCL nói riêng và Việt Nam nói chung. Nghiên cứu này nhằm cung cấp các thông tin về việc tuyển chọn và sử dụng giống lúa phù hợp cho việc nẩy mầm (tạo malt lúa) như một nguồn nguyên liệu chính cung cấp các thành phần như protein và carbohydrate để sản xuất bia.
Những thông tin liên quan đến yếu tố thành phần dinh dưỡng, protein chức năng (kháng nhiệt, kháng protease), hệ enzyme trong quá trình chế biến malt và các công đoạn chế biến tiếp theo sẽ làm cơ sở cho việc tuyển chọn giống lúa thích hợp cho công nghệ sản xuất bia.2 Mục tiêu nghiên cứu 1.1 Mục tiêu chung Đánh giá sự phù hợp của một số giống lúa ở đồng bằng sông Cửu Long cho công nghệ sản xuất malt và bia trên cơ sở sự biến động của các protein chịu nhiệt và kháng protease trong quá trình chế biến.2 Mục tiêu cụ thể Dựa trên sở của mục tiêu đề ra, nghiên cứu đuợc tiến hành với các mục tiêu chủ yếu như sau: - Xác định giống lúa phù hợp cho công nghệ sản xuất bia. - Xác định điều kiện nẩy mầm và chế biến malt phù hợp cho công nghệ sản xuất malt lúa. - Xây dựng quy trình nấu bia (dịch hóa) phù hợp cho malt từ giống lúa được chọn. Đánh giá sự biến động của thành phần protein chức năng (kháng protease và kháng nhiệt) sau quá trình nấu bia và lên men cho khả năng hình thành và ổn định bọt bia.
Ngành Công nghệ thực phẩm 3 Khoa Nông nghiệp LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Luận án tiến sĩ khóa 2016 Trường Đại học Cần Thơ 1.3 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu Đề tài tiến hành nghiên cứu với đối tượng là năm giống lúa được trồng phổ biến ở Đồng bằng Sông Cửu Long (Việt Nam) gồm: IR50404, OM4900, OM5451, OM6976 và Jasmine85. Tiến hành xác định điều kiện ngâm và nẩy mầm thích hợp trong các khoảng thời gian và nhiệt độ khác nhau. Giống lúa phù hợp được lựa chọn thông qua việc đánh giá các đặc tính chức năng của malt. Từ giống lúa được chọn, xây dựng điều kiện chế biến malt vàng và rang với các thông số thích hợp phục vụ cho quá trình dịch hóa.
Quá trình nấu và lên men dịch nha từ malt vàng có bổ sung malt rang nhằm thu được bia từ malt lúa gạo. Đồng thời đánh giá vai trò của các protein có chức năng hình thành và ổn định bọt trong bia.4 Ý nghĩa của luận án 1.