Đặt vấn đề Việt Nam là một nước nông nghiệp phát triển, trong đó ngành trồng trọt là một trong những lĩnh vực chủ chốt với cây trồng chủ lực hàng năm là cây lúa. Theo số liệu của Tổng Cục Thống kê, trong năm 2021, năng suất lúa trung bình đạt 60,6 tạ/ha, với sản lượng ước tính 43,88 triệu tắn/năm. Gạo Việt Nam không chỉ đáp ứng nhu cầu lương thực của người dân trong nước mà còn được ưa chuộng trên nhiều quốc gia trên thế giới, minh chứng là nước ta xuất khâu gạo dat 6,2 triệu tấn gạo trong năm 2021, tương đương 3,3 tỷ USD (Phát triển lúa gạo theo hướng hiệu quả, bền vững, 2023). Cùng với sự phát triển của ngành sản xuất lúa gạo, một lượng lớn phụ phẩm cám gạo được thải ra thông qua các quá trình xay xát chế biến nhưng chưa được sử dụng hiệu quả.
Cám gạo là phụ pham được tao ra từ quá trình xay xát lúa, là lớp bột bao phủ bên ngoài hạt gạo, nằm giữa hạt gạo và vỏ trâu. Nó bao gồm lớp vỏ ngoài hat, vỏ hạt, lớp aleurone bao bọc nội nhũ và mầm gạo. Hiện nay, cám gạo được ứng dụng phổ biến làm thức ăn chăn nuôi nhờ chứa nguồn dinh dưỡng cao, ngoài ra còn được sử dụng như một nguồn nguyên liệu làm đẹp tự nhiên dé trị mun, làm trắng da, chăm sóc tóc,. Cám gạo là một nguồn giàu carbohydrate, protein, chất béo, chất xơ, vitamin, khoáng chất và các hợp chất có tính chống oxy hóa mạnh (Sapwarobol vả cộng sự, 2021).
Nhiều nghiên cứu khác nhau đã chứng minh những tác dụng có lợi cho sức khỏe của cám gạo bao gồm tác dụng hỗ trợ điều trị đái tháo đường, giảm lipid, hạ huyết áp, chống oxy hóa và chống viêm, cải thiện chức năng ruột. Những lợi ích sức khỏe này cho phép ứng dụng cám gạo làm thực phẩm và sản phẩm dinh dưỡng đề giảm thiểu các nguy cơ rối loạn chuyển hóa ở người (Sapwarobol và cộng sự, 2021). Dau từ cám gạo là một sản phẩm có lợi cho sức khỏe, được sử dung như một loại dầu ăn kiêng có tác dụng giảm cholesterol trong máu, tốt cho sức khỏe tim mạch, huyết áp, ngăn ngừa ung thư; được ứng dụng nhiều trong ngành dược phẩm, mỹ phẩm nhờ chứa thành phan có hoạt tinh sinh học như tocopherol, tocotrienol và y-oryzanol. Dầu cám 1 gao cũng được ứng dụng nhiều trong ngành mỹ phẩm, được phẩm nhờ các hoạt tính sinh học của nó.
Tại Việt Nam, cám gạo là nguồn phụ phẩm rẻ tiền và được sử dụng trực tiếp làm thức ăn cho gia súc gia cầm ở quy mô hộ gia đình. Bên cạnh đó, cũng có các nghiên cứu bồ sung cám gạo vào thức ăn tổng hợp cho chăn nuôi và các nghiên cứu khai thác dầu và protein trong cám gạo. Tuy nhiên, các nghiên cứu ở nước ta chưa tập trung nghiên cứu chuyên sâu khai thác các thành phần dinh dưỡng trong cám gạo tạo ra các sản phẩm có giá tri cao. Thanh phan carbohydrate chiếm ham lượng cao trong cám gạo 14 nguồn nguyên liệu tiềm năng cho các nhu cầu về đường nhưng chưa có nhiều nghiên cứu đề xuất sử dụng cám gạo như một nguồn của các loại đường (Sfalcin và cộng sự, 2015).
Các sản phẩm đường từ carbohydrate cám gạo có thé được sử dụng như đường ăn kiêng và có thé ứng dụng nhiều hơn cho các nhu cầu liên quan đến thực phẩm, thức ăn dinh dưỡng tổng hợp. Cám gạo là một nguồn phụ phẩm có sẵn, rẻ tiền nhưng mang lại nhiều giá trị đinh dưỡng, sức khỏe và kinh tế nếu được khai thác đúng cách. Các nghiên cứu hiện nay chủ yếu khai thác thành phần lipid và thành phần protein trong cám gạo mà chưa có nhiều nghiên cứu sử dụng đồng thời cả thành phan carbohydrate va protein dé làm nguồn bồ sung dinh dưỡng ứng dụng trong nuôi cấy vi sinh vật. Các chủng vi khuẩn thuộc chi Bacillus là những chủng lợi khuẩn được ứng dụng phô biến trong các chế phẩm vi sinh.
Nguồn đinh dưỡng từ cám gạo hoàn toàn có thé đáp ứng nhu cầu dinh dưỡng của các chủng vi khuẩn này như một môi trường nuôi cấy tổng hợp. Vì vậy, đề tài “Nghiên cứu khả năng thủy phân carbohydrate và protein cám gạo ứng dụng trong nuôi cấy vi khuẩn Bacillus” được thực hiện. Mục tiêu đề tài Khai thác thành phần carbohydrate và protein trong cám gạo bằng phương pháp sử dụng enzyme thủy phân nhằm ứng dụng làm môi trường nuôi cấy tăng sinh thu nhận sinh khôi vi khuan Bacillus. Nội dung thực hiện Nội dung 1: Phân tích thành phần hóa học của nguyên liệu.
Nội dung 2: Thủy phân cám gạo bằng các loại enzyme thủy phân. Đánh giá hiệu quả thủy phân bằng cách định lượng đường khử và protein. Nội dung 3: Tăng sinh khối Bacillus subtilis va Bacillus licheniformis bằng dịch thủy phân cám gạo. TONG QUAN TÀI LIEU 2.
Tống quan về cám gạo Cám gạo là nguồn phụ phẩm có được từ quá trình xay xát lúa gạo. Cám gạo chứa 15 - 20% thành phần dầu, dầu cám gạo là nguồn chứa thành phần acid béo tốt và các hợp chất có hoạt tính chống oxy hóa mạnh như tocopherol, tocotrienol và y-oryzanol (Sohail và cộng sự, 2017). Dầu cám được ứng dụng trong ngành dược pham, mỹ phẩm và nhu cầu sử dụng đang ngày càng tăng trên khắp thế giới. Cám gạo là nguồn nguyên liệu giàu dinh dưỡng, bao gồm 34 - 62% carbohydrate, 15 - 20% lipid, 11 - 15% protein, 7 - 11% chất xơ, 7 - 10% tro (Cicero và Gaddi, 2001).
Ngoài ra, cám gạo còn rất giàu vitamin nhóm B, đặc biệt là thiamin (B)) và acid nicotinic (Ba), đồng thời cũng chứa riboflavin (Bz) và vitamin Be. Bên cạnh đó, cám gạo còn chứa các nguyên tô vi lượng như nhôm, canxi, clo, natri, magie, silic, phốt pho (Haritha và cộng sự, 2021). Theo trang web thông tin sức khỏe Self Nutrition Data, trong 118 g cám gạo thô cung cấp 13,9 g carbohydrate và 3,7 g protein, đáp ứng 88% nhu cầu calo hàng ngày; một khẩu phần cám gạo cung cấp một nửa nhu cầu vitamin B, thiamin, niacin và pyridoxine trong ngày cho cơ thé. Thành phần protein Hầu hết protein trong hạt gạo được tìm thấy trong phần cám (Schramm và cộng sự, 2007).
Hàm lượng protein trong cám gạo dao động khoảng từ 10 - 16% tùy vào giống lúa (Kulp va Ponte, 2000; Cao va cộng sự, 2009; Faria và cộng sự, 2012). Trong các loại ngũ cốc như cám gạo có chứa loại 2 protein bao gồm protein có hoạt tính sinh học và protein không có hoạt tinh sinh hoc. Protein có hoạt tính sinh học là các enzyme như lipase (Prabhu và cộng sự. 1999), amylases, catalase, ascorbic acid oxidase, cytochrome oxidase, lipoxygenases, polyphenol oxidases, dehydrogenase va esterase (Ramezanzadeh va cộng sự, 1999b; A1zano và cộng sự, 1973; Ramezanzadeh và cộng sự, 1999a; Prabhu và cộng sự, 1999).
Protein không có hoạt tính sinh học trong cám gạo được phân loại theo phương pháp phân chia Osborne dựa trên khả năng hòa tan và chiết xuất, bao gồm 4 loại protein: albumin, globulin, glutelin và prolamin (Shewry va Casey, 1999). Nghiên cứu của Adebiyi và cộng sự (2009a) trên mẫu cám gạo Nhật Ban cho 37% albumin, 31% globulin, 2% prolamin và 27% glutelin. Trong khi đó, Chanput và cộng sự (2009) báo cáo rằng có 32,5% glutelin, 30,9% albumin, 24,9% globulin và 11,6% prolamin trong mẫu cám gạo Thái Lan. Tỉ lệ thành phần các protein trong cám gạo khác nhau tùy vào loại giống lúa.
Protein cám gạo có giá trị đỉnh dưỡng cao với nhiều amino acid thiết yếu như lysine, arginine, threonine, aspatic, proline,. Protein cám gạo là nguồn protein thực vật bổ dưỡng hơn các loại ngũ cốc khác hoặc các loại đậu (Fabian và cộng sự, 2011). Protein cám gạo không gây dị ứng đã được sử dụng trong thức ăn cho trẻ sơ sinh và được chứng minh có hoạt tính chống ung thư (Helm và Burks, 1996). Tuy nhiên, protein cám gạo 1a loại protein khó chiết xuất, nhiều nghiên cứu đã sử dụng các phương pháp chiết xuất bằng enzyme (Adebiyi và cộng sự, 2008), xử lý ở nhiệt độ cao (Wiboonsirikul và cộng sự, 2008), chiết xuất bằng sóng siêu âm và xử lý kiềm (Chittapalo và Noomhorm, 2009) dé cải thiện quá trình chiết xuất và giữ nguyên các hoạt tính sinh học của protein cám gạo.
Thành phần carbohydrate Carbohydrate là thành phần chiếm tỉ lệ lớn nhất trong cám gạo, bao gồm các nhóm chính 1a cellulose (9 - 12,8%), hemicellulose (8,7 - 11,4%) và tinh bột (5 - 15%) (Haritha Bollinedi và cộng sự, 2021). Carbohydrate là thành phần chứa nhiều năng lượng, có tiềm năng khai thác cho các nhu cầu về dinh dưỡng cho con người và động vật. Thành phần carbohydrate trong cám gạo có thể được thủy phân tạo thành đường đơn hoặc oligosaccharide là những sản phẩm cung cấp năng lượng cao cho co thé, đồng thời đường đơn thủy phân từ carbohydrate trong cám gạo cũng được nhiều ứng dụng cho các ngành sản xuất thực phẩm, thức ăn tổng hợp và môi trường nuôi cấy. Kỹ thuật quang phố hấp thu phân tử (UV-Vis) Quang phô hấp thu phân tử là phương pháp định lượng dựa vào nguyên lý hap thu năng lượng khi phân tử vật chất tương tác với bức xạ điện từ.
Vùng bức xạ được sử dụng trong phương pháp ngày là vùng tử ngoại khả kiến tương ứng với bước sóng từ 200 —§00 nm. Khi chiếu một chùm tia sáng có những bước sóng xác định vào, các phân tử sẽ hấp thu các bức xạ tương ứng với bức xạ chúng có thể phát ra. Từ phần năng lượng bức xạ sẽ xác định được cường độ sáng và tính được nồng độ hợp chất cần phân tích trong dung dịch (Kus và ctv, 1996). Độ hap thụ bức xạ điện từ được tính theo công thức của định luật Lambert —Beer: 4bs=-g7=-R[ Ít ]Ea€ bộ Trong đó: Abs: Độ hấp thu quang E: Hệ số hấp thu (L/mol.cm) G Nồng độ dung dịch (mol/L) I: Độ day đường truyền sáng (cm) lọ: Cường độ tia sáng ban đầu i: Cường độ tia sáng đơn sắc di qua dung dich 6 2.
Kỹ thuật sắc ký lỏng hiệu năng cao (High Performance Liquid Chromatography) Ky thuat sac ky long hiéu nang cao (High Performance Liquid Chromatography - HPLC) là một kỹ thuật dùng dé phân tách, nhận biết va định lượng từng thành phan trong hỗn hợp dựa trên ái lực tương tác giữa chất phân tích với pha động và pha tĩnh. Pha động là chất long mang theo chat phân tích di chuyên qua pha tĩnh được cô định trong cột (thường là chất rắn hoặc chất lỏng phủ trên chất rắn mang). Mỗi thành phần trong mẫu tương tác mạnh yêu khác nhau với pha động va pha tĩnh. Thành phan có ái lực tương tác với pha tĩnh cảng mạnh thì càng lưu giữ trên cột lâu hơn, ngược lại thành phần có ái lực với pha động càng mạnh thì tốc độ rửa giải càng nhanh và trôi ra khỏi cột trước.