CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 1. Giới thiệu về gạo lứt 1. Khái niệm, phân loại và cấu tạo: Gạo lứt (còn gọi là gạo lật, gạo lức, brown rice) là loại gạo chỉ xay bỏ vỏ trấu vẫn còn lớp cám bọc bên ngoài nên thường có màu nâu, bẻ đôi thấy lõi trắng bên trong, nếu giã sạch lớp cám này sẽ cho ra loại gạo trắng giống như gạo trắng chúng ta ăn hằng ngày. Đây là loại gạo rất giàu dinh dưỡng đặc biệt là các sinh tố và nguyên tố vi lượng.
[48] Gạo lứt gồm có ba loại chính: Gạo lứt tẻ hột dài (long grain brown) Gạo lứt tẻ hột tròn (short grain brown rice) Gạo lứt nếp (sweet brown rice) Hạt gạo lứt gồm 3 phần chính: vỏ, phôi và nội nhũ. Lớp vỏ thường có màu trong mờ, hơi xám và dễ bị tách ra trong quá trình xát trắng gạo. Khi lớp vỏ có màu đỏ hoặc màu đen thì gọi là gạo đỏ hay gạo than. Vỏ được cấu tạo từ nhiều lớp tế bào, lớp ngoài cùng gồm các tế bào có kích thước lớn sắp xếp theo chiều dọc hạt, lớp giữa gồm các tế bào tương tự như lớp ngoài nhưng sắp xếp theo chiều ngang hạt.
Lớp vỏ có chứa nhiều chất béo và protein nhưng rất ít tinh bột (chiều dày lớp vỏ phụ thuộc vào giống, điều kiện trồng trọt). Ngăn cách giữa lớp vỏ hạt và nội nhũ là lớp alorong. Trong tế bào alorong có chứa các hợp chất proteinide (35-45%), lipid (8-9%), vitamin và tro (11-14%), đường (6-8%), cellulose (7-10%), pentose (15-17%). Phân biệt gạo lứt, gạo trắng và gạo mầm [6] Trang 3 do an KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP GVHD: TS.
Lê Đức Trung 1. Thành phần dinh dưỡng Thành phần của gạo lứt gồm tinh bột, chất đạm, chất béo, chất xơ cùng các vitamin như B1, B2, B3, B6; các acid như pantothenic (vitamin B5), paraaminobenzoic (PABA), folic (vitamin M), phytic; các nguyên tố vi lượng như canxi, sắt, magiê, selen, glutathion (GSH), kali và natri. [19] Gạo trắng qua quá trình xay, giã, 77% vitamin B3, 80% vitamin B1, 90% vitamin B6, một nửa lượng mangan và hầu hết chất xơ bị mất đi. Các chuyên gia dinh dưỡng cũng nhận thấy, một lon gạo lứt khi nấu thành cơm chứa 84 mg magiê, trong khi đó ở gạo trắng chỉ có 19 mg.
Lớp cám của gạo lứt cũng chứa một chất dầu đặc biệt có tác dụng điều hòa huyết áp, làm giảm cholesterol xấu, giúp ngăn ngừa qua các bệnh tim mạch.1 Các chỉ tiêu chất lượng của gạo lứt và gạo trắng Chỉ tiêu Gạo lứt Gạo trắng Năng lượng (Kcal/100g) 233 232 Protein (g/100g) 4,880 4,100 Carbohydrate (g/100g) 49,700 49,600 Chất béo (g/100g) 1,170 0,205 Chất xơ (g/100g) 3,310 0,740 Thiamin (B1) (mg/100g) 0,223 0,176 Riboflavin (B2) (mg/100g) 0,039 0,021 Niacin (B3) (mg/100g) 2,730 2,050 Vitamin B6 (mg/100g) 0,294 0,103 Folacin (mcg/100g) 10,000 4,100 Vitamin E (mg/100g) 1,400 0,462 Magie (Mg) (mg/100g) 72,200 22,600 Photpho (P) (mg/100g) 142,000 57,400 Natri (Na) (mg/100g) 137,000 57,400 Kẽm (Zn) (mg/100g) 1,050 0,841 Gạo lứt khó nấu, cơm cứng, có mùi lạ, giàu giá trị dinh dưỡng và có thể được dùng như là thực phẩm chức năng. Loại gạo này là một loại thực phẩm rất giàu chất dinh dưỡng khi so sánh với gạo trắng. Thành phần các chất dinh dưỡng của gạo lứt gần như được giữ lại hoàn toàn không bị mất đi trong quá trình xay xát và đánh bóng. Trang 4 do an KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP GVHD: TS.
Lê Đức Trung 1. Giới thiệu về hoạt chất GABA Hình 1.2 Công thức cấu tạo hóa học của GABA [50] Gamma-aminobutyric acid (GABA) có công thức phân tử là C4H9NO2, khối lượng phân tử là 103,12 g/mol, nhiệt độ nóng chảy là 203,7oC [50] , là một acid amin tự do phân bố rộng rãi trong tự nhiên, và là một chất dẫn truyền thần kinh trong não và tủy sống của động vật có vú [24]. GABA được tổng hợp lần đầu tiên vào năm 1883 và được biết tới như một sản phẩm của quá trình trao đổi chất trong cơ thể một số loài thực vật và vi khuẩn. Năm 1950 GABA được phát hiện là thành phần bên trong của hệ thống thần kinh trung ương các loài động vật có vú, ở não mô khoảng 0,1-0,6 mg/g.
GABA được sinh ra chủ yếu bởi các phản ứng khử carboxyl của acid L-glutamic, xúc tác bởi enzyme, glutamate decarboxylase (GAD) [EC4. GABA có một số chức năng sinh lý như dẫn truyền thần kinh và cảm ứng có tác dụng hạ huyết áp, tác dụng lợi tiểu, và an thần [35]. Gạo mầm nảy mầm chiết xuất có chứa GABA ức chế tế bào ung thư tăng sinh [33]. Các phương pháp để làm tăng nồng độ GABA của thực phẩm đã được nghiên cứu cho đến ngày nay.
Ví dụ, GABA cao hơn ở trong chè GABAron, trà ủ kỵ khí [38], trong giá đậu (đậu tương, gam màu đen, gam màu xanh lá cây) được xử lý bằng carbon dioxide [16]. Cả GABA tự nhiên và tổng hợp đều được sử dụng làm thực phẩm chức năng tại Mỹ. GABA tự nhiên được sản xuất qua quá trình lên men sử dụng Lactobacillus hilgardii – vi khuẩn được dùng để lên men rau quả có trong món ăn truyền thống Kimchi của Hàn Quốc [39]. GABA ức chế huyết áp và cải thiện chứng mất ngủ, và rối loạn kiểm soát quan sát trong suốt thời kỳ mãn kinh [35].
Trang 5 do an KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP GVHD: TS. Lê Đức Trung Liều lượng điển hình của GABA để giải tỏa lo âu hoặc điều trị rối loạn giấc ngủ là 100 – 200 mg, 3 lần sử dụng trên ngày. Liều lượng GABA được phát hiện có ích với một nhóm người bị động kinh trong khoảng 1500 – 2500 mg mỗi ngày [35]. Quá trình nảy mầm gạo lứt 1.
Cơ chế tổng hợp GABA trong quá trình nảy mầm Trong quá trình nảy mầm để phôi tăng trưởng cần phải cung cấp chất dinh dưỡng như đạm, hydrocacbon, khoáng, chất béo… các chất dinh dưỡng tích tụ trong nội nhũ ở trạng thái không hòa tan (protein) ngưng tụ thành từ chất nguyên sinh có trong tế bào nội nhũ, tinh bột và xiết chặt mạng lưới được bao bọc bởi xenlulo. Khi mầm phát triển, phải hòa tan các chất dự trữ, tấn công màng tế bào để chúng có khả năng thẩm thấu tốt hơn và cho phép các chất dinh dưỡng hòa tan đi qua đến phôi để sử dụng. Công việc này được thực hiện bởi các enzyme và chính phôi là nơi tiết ra các enzyme. Các enzyme này khuếch tán qua ngù, thấm vào nội nhũ.
Một phần các chất như amino acid, peptide, maltose, muối khoáng thẩm thấu qua ngù và được tế bào của phôi hấp thụ. Rễ mọc ra từ đuôi hạt và phát triển nhanh [44]. Sự hô hấp của hạt thực chất là quá trình oxi hóa- khử sinh học. Để thực hiện quá trình này, phải qua giai đoạn thủy phân các hợp chất cao phân tử thành các hợp chất thấp phân tử, giai đoạn ngâm và nảy mầm đã thực hiện điều này.
Giai đoạn tiếp theo của quá trình phân giải chất hữu cơ là những sản phẩm trung gian tạo thành đi vào chu trình Krebs. Dưới sự xúc tác của các hệ enzyme oxy hóa- khử và qua nhiều chu trình phức tạp, cơ chất bị phân giải theo phản ứng tổng quát : C6H12O6 + 6O2 = 6CO2 + 6H2O + Q Để cho quá trình oxy hóa khử xảy ra, nhất thiết phải có : - Cơ chất : trong trường hợp hạt nảy mầm, cơ chất là những sản phẩm thấp phân tử đã được vận chuyển về phôi. - Oxy : có thể được cung cấp từ ngoài vào hoặc sử dụng nguồn oxy nội tế bào. Nguồn cơ chất như monosaccharide, amino acid… Tự bản thân nó đã tiềm ẩn một nguồn năng lượng đó không tự nó phát ra.
Nguồn năng lượng tiềm tàng đó được giải phóng khi các cấu tử hợp thành phân tử của cơ chất được phân chia và sắp xếp lại để tạo ra một dạng liên kết mới. Tác nhân hoạt hóa là những enzyme có ở trong phôi của hạt. Ngoài ra còn có sự tham gia của enzyme glutamate decarbonxylase chuyển hóa acid glutamic Trang 6 do an KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP GVHD: TS. Lê Đức Trung thành –aminobutyric acid.
Ở thực vật, con đường hình thành GABA chủ yếu gồm 3 enzyme : - Enzyme glutamate cytosolic decarboxylase (GAD, EC 4.15 ) xúc tác dẫn đến hình thành GABA bởi decarbonxylation trực tiếp mà không thể đảo ngược của acid L- Glutamic. - Enzyme ti thể của GABA transaminase (GABA, EC 2.19) là xúc tác chuyển đổi để biến đổi thuận nghịch GABA succunic semialdehyde bằng cách sử dụng hoặc pyruvate hoặc α-ketoglutarate là amino acceptors. - Một con đường được xúc tác bởi semialdehyde succinic dehydro genase (SSADH, EC 1.16) mà không thể khôi phục khả năng oxi hóa succinic semialdehyde thành succinat. Trong ba enzyme, phản ứng xúc tác bởi GAD được xem là có tỉ lệ hạn chế trong quá trình hình thành GABA [10] .3 Con đường hình thành GABA [10] GAD : glutamate decarboxylase GABA : GABA-transminase SSA : succinic semialdehyde SSADH : succinic semialdehyde dehydrogenase.
Trong tế bào chết, glutamate được hình thành từ lục lạp, tiếp đó glutamate được enzyme GAD (GAD : decardoxulase glutamate ) xúc tác phản ứng tạo thành GABA .GAD được kích hoạt bởi pH acid và bơi proton Ca2+-CaM, được vận chuyển vào ty thể, nơi đó được chuyển thành semialdehyde succinic nhờ GABA transaminase sử dụng hoặc là ketoglutarate- (của GABA-TK) hoặc pyruvate (của GABA-TP) (Hình 1. Cả hai sản phẩm của phản ứng xúc tác bởi SSADH (succinat và NADH) là chất nền cho chuỗi hô hấp ti thể trong đó sản xuất ATP như là một sản phẩm cuối cùng. Một phần succinic semialdehyde được đưa ra màng ti thể trong môi trường tế bào chất dưới tác dụng của reductase semialdehyde succinic ( SSR). [32] Trang 7 do an KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP GVHD: TS.
Lê Đức Trung Hình 1.4 Sự hình thành GABA trong ty thể thực vật [32] 1.2 Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình nảy mầm 1.1 Độ chín, hình dạng, kích thước và thành phần hóa học của hạt Hạt nảy mầm tốt ở giai đoạn chín sinh lý, tuy nhiên vẫn có khả năng nảy mầm ở giai đoạn trước chín sinh lý. Các thành phần có trong hạt gạo ảnh hưởng đến khả năng hút ẩm của hạt. Với những giống gạo có hàm lượng amylopectin cao, tốc độ hút ấm sẽ chậm hơn. Còn hàm lượng lipid (chủ yếu tập trung ở vỏ cám bên ngoài) càng cao thì khả năng khuếch tán ầm qua lớp vỏ cám này càng thấp, dẫn đến tốc độ hút ẩm chậm.
Về hình dạng, những hạt nào có diện tích xung quanh lớn (tỷ lệ diện tích bề mặt/ thể tích lớn ) thì tốc độ quá trình hút ẩm diễn ra nhanh [6]. Trang 8 do an KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP GVHD: TS. Lê Đức Trung 1.2 Nước Nước là yêu cầu cơ bản của sự nảy mầm bởi vì nó cần thiết cho các enzyme hoạt động, phá vỡ vỏ cám và cận chuyển vật chất.