Đặt vấn đề Lúa ga ̣o (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 tro ̣ng nhất ở châu Á (Wang et al. Lúa ga ̣o nằm trong ho ̣ cỏ Gramineae và liên quan đến các loa ̣i cây cỏ khác như lúa mì, yến ma ̣ch và lúa ma ̣ch. Ga ̣o 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. Ga ̣o là nguyên liê ̣u 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 ga ̣o để điều chỉnh hương vị, giảm chi phí và được xem là thế liê ̣u quan tro ̣ng trong sản xuất (Okuda et al.
Một loa ̣i “Bia” hoàn toàn từ ga ̣o sẽ đặc biê ̣t hấp dẫn đối với những người bị bê ̣nh celiac vì ga ̣o không chứa protein gluten (Ceppi & Brenna, 2010; Mayer et al., 2014; Mayer et al. Tuy nhiên, một trong những bất lợi trong thử nghiê ̣m sản xuất bia từ malt lúa ga ̣o là malt lúa ga ̣o không chứa nhiều enzyme amylase, nhóm enzyme cầ n thiết để phân hủy tinh bột thành đường lên men (Ceppi & Brenna, 2010a; Mallawarachchi et al. Bên ca ̣nh đó, ga ̣o 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 ha ̣n tỷ lê ̣ bổ sung để sử dụng trong quá trình sản xuất bia. Theo công bố của Pliansrithong et al.
(2013) có thể nâng tỷ lê ga ̣o lên đến 80% và vẫn đa ̣t được hiê ̣u quả lên men khi mức acid amin hòa tan đa ̣t được sau quá trình dịch hóa là 150 mg/L khi sử dụng enzyme thương ma ̣i Neutrase kết hợp với viê ̣c 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 ma ̣ch. Ở góc độ là chất dinh dưỡng, thành phầ n protein sau thủy phân, các hợp chất dinh dưỡng khác như hàm lượng tinh bột, hàm lượng vitamin B, E; các thành phầ n thực phẩ m có hoa ̣t tính sinh ho ̣c như acid ferulic (FA), gamma oryzanol (GO) và aminobutyric acid gamma (GABA) trong mầ m và cám của ha ̣t,… (Roohinejad et al., 2009; Sing et al., 2015) có vai trò rất quan tro ̣ng đối với sự sinh trưởng và phát triển của tế bào nấm men trong giai đoa ̣n lên men bia. Bên ca ̣nh đó, thành phầ n protein ngoài yếu tố dinh dưỡng còn có yếu tố liên quan đến tính đặc trưng của bia chính là khả năng ta ̣o bọt.
Trong bia, sự hình thành bo ̣t chủ yếu là do sự tương tác giữa các protein và acid trong hoa bia (Blasco et al. Chất lượng của bo ̣t trong bia phụ thuộc vào sự hiê ̣n diê ̣n của protein một phầ n được giải phóng từ tế bào nấm men và phầ n khác có nguồn gốc từ lúa ma ̣ch - thâ ̣m chí còn quan tro ̣ng hơn so với protein được giải phóng từ nấm men (Mohan et al. Ngành Công nghê ̣ thực phẩ m 1 Khoa Nông nghiê ̣p Luâ ̣n án tiến sĩ khóa 2016 Trường Đa ̣i ho ̣c Cầ n Thơ Liên quan đến sự hình thành bo ̣t, 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 nhiê ̣m chính. Một phầ n của các protein tự nhiên không hòa tan được chuyển thành protein hòa tan trong quá trình nẩ y mầ m và đường hóa (Jones & Budde, 2005).
Trong khi hầ u hết các protein trong lúa ma ̣ch bị kết tụ, bị phân huỷ bởi các protease trong suốt quá trình chế biến (làm malt và nấu bia), một số protein chống la ̣i các điều kiê ̣n khắc nghiê ̣t này do tính kháng protease và sự ổn định nhiê ̣t, đó là các protein giàu cầ u nối disulfide (Čakajdová, 2015). Hầ u hết các protein trong bia có khối lượng phân tử khoảng 10÷40 kDa, trong đó chủ yếu có nguồn gốc từ protein lúa ma ̣ch, là sản phẩ m của sự phân giải protein và thay đổi hóa ho ̣c xảy ra trong quá trình sản xuất bia. Cả hai protein LTP1 và Z4 có tính kháng nhiê ̣t độ cao và khả năng kháng protease, góp phầ n vào khả năng hình thành và ổn định bo ̣t 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 hoa ̣t các enzyme, loa ̣i bỏ các thành phầ n hương vị không mong muốn, có tác dụng khử trùng, đồng phân hóa α-acid trong houplon.
Tuy nhiên, trong công nghê ̣ sản xuất bia, đặc biê ̣t ở công đoa ̣n nấu, viê ̣c gia nhiê ̣t cao là rất cầ n thiết để hồ hóa, thủy phân các hợp chất cao phân tử, houblon hóa chuẩ n bị cho viê ̣c hình thành bo ̣t bia. Chính vì vâ ̣y, viê ̣c tìm ra những giống lúa có khả năng sinh tổng hợp protein ma ̣ch ngắn chịu nhiê ̣t như LTP, khó bị thủy phân bởi hê ̣enzyme protease có trong quá trình chế biến malt, dịch hóa và lên men là một trong những vấn đề cầ n được nghiên cứu. Hiê ̣n ta ̣i, đã có nhiều nghiên cứu về khả năng sử dụng nguyên liê ̣u lúa ga ̣o và các loa ̣i ngũ cốc khác trong sản xuất malt và bia. Viê ̣c sử dụng và phát triển các loa ̣i malt ngũ cốc khác nhau bên ca ̣nh malt lúa ma ̣ch để sản xuất bia đã được quan tâm ở nhiều nước trên thế giới, điển hình như sản phẩ m bia từ lúa mì, bia “kaffir” châu Phi từ lúa ma ̣ch đen, “tesguino” ở Trung Mỹ từ malt ngô và “zutho” ở Ấn Độ làm từ malt lúa ga ̣o,.
Các công trình về sản xuất và ứng dụng malt lúa ga ̣o 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 tro ̣ng cho viê ̣c thử nghiê ̣m sản xuất bia từ malt ga ̣o.
Trong đó, viê ̣c sản xuất malt từ lúa ga ̣o được thực hiê ̣n với thời gian ngâm 24 giờ ở 25°C hoặc 16 giờ ở 35°C, thời gian nẩ y mầ m 3, 6 hoặc 8 ngày tùy theo giống, nhiê ̣t độ nẩ y mầ m 30°C giúp cải thiê ̣n hoa ̣t động của enzyme nội sinh, kết hợp với quá trình sấy phù hợp để ta ̣o 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 hiê ̣n trên cơ sở điều chỉnh công thức nấu tiêu chuẩ n (Congress Mash) hay kết hợp với viê ̣c bổ sung enzyme amylase và enzyme protease thương ma ̣i giúp cải thiê ̣n chất lượng Ngành Công nghê ̣ thực phẩ m 2 Khoa Nông nghiê ̣p Luâ ̣n án tiến sĩ khóa 2016 Trường Đa ̣i ho ̣c Cầ n Thơ dịch nha và đáp ứng yêu cầ u 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. Hiê ̣n ta ̣i, ở Viê ̣t Nam chưa có những nghiên cứu sâu về sự đóng góp và vai trò của lúa ga ̣o nẩ y mầ m (malt lúa) trong công nghê ̣ sản xuất bia cũng như không có báo cáo nào cho thấy quá trình này đã được thực hiê ̣n thành công ta ̣i một nhà máy sản xuất của Viê ̣t Nam. Một khía ca ̣nh quan tro ̣ng khác của nghiên cứu này là lúa ga ̣o là một loa ̣i ngũ cốc không chứa gluten.
Tiêu thụ sản phẩ m không chứa gluten là phương pháp điều trị duy nhất cho những người bị bê ̣nh celiac (Ceccaroni et al. Như vâ ̣y, ngoài viê ̣c gia tăng tỷ lê ̣ thế liê ̣u như ga ̣o thì khả năng sử dụng malt lúa để sản xuất bia ta ̣i các nhà máy của Viê ̣t Nam sẽ là một thách thức mới. Do đó, viê ̣c tìm kiếm các giống lúa có chất lượng phù hợp cho công nghê ̣ sản xuất malt và bia là vấn đề cầ n thiết được thực hiê ̣n nghiên cứu nhằm góp phầ n trong viê ̣c cho ̣n lựa, nâng cao giá trị kinh tế cho lúa ga ̣o ở ĐBSCL nói riêng và Viê ̣t Nam nói chung. Nghiên cứu này nhằm cung cấp các thông tin về viê ̣c tuyển cho ̣n và sử dụng giống lúa phù hợp cho viê ̣c nẩ y mầ m (ta ̣o malt lúa) như một nguồn nguyên liê ̣u chính cung cấp các thành phầ n như protein và carbohydrate để sản xuất bia.
Những thông tin liên quan đến yếu tố thành phầ n dinh dưỡng, protein chức năng (kháng nhiê ̣t, kháng protease), hê ̣ enzyme trong quá trình chế biến malt và các công đoa ̣n chế biến tiếp theo sẽ làm cơ sở cho viê ̣c tuyển cho ̣n giống lúa thích hợp cho công nghê ̣ 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 nghê ̣ sản xuất malt và bia trên cơ sở sự biến động của các protein chịu nhiê ̣t 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 nghê ̣ sản xuất bia. - Xác định điều kiê ̣n nẩ y mầ m và chế biến malt phù hợp cho công nghê ̣ sản xuất malt lúa. - Xây dựng quy trình nấu bia (dịch hóa) phù hợp cho malt từ giống lúa được cho ̣n. Đánh giá sự biến động của thành phầ n protein chức năng (kháng protease và kháng nhiê ̣t) sau quá trình nấu bia và lên men cho khả năng hình thành và ổn định bo ̣t bia.
Ngành Công nghê ̣ thực phẩ m 3 Khoa Nông nghiê ̣p Luâ ̣n án tiến sĩ khóa 2016 Trường Đa ̣i ho ̣c Cầ n Thơ 1.