CHƯƠNG 1. GIỚI THIEU Lúa (Oryza sativa) là cây nông nghiệp pho biến nhất ở Việt Nam. Theo số liệu thống kê được công bố của Food Outlook số tháng 6 năm 2016, từ năm 2014 đến 2016 Việt Nam đứng thứ 5 về sản xuất lúa và thứ 3 về xuất khâu gạo. Dự báo trong năm 2016, Việt Nam sẽ thu hoạch được khoảng 28,9 triệu tan lúa [1].
Cám gạo là phụ phẩm của quá trình xay xát lúa, chiếm khoảng 8 — 10% trọng lượng hat lúa [2]. Cám gạo tách béo là phụ phẩm của quá trình sản xuất dầu cám gạo; thành phan dinh dưỡng gém protein, khoáng, tinh bột và chat xơ với tỷ lệ cao hơn so với cám gạo nguyên béo [3]. Công ty trách nhiệm hữu hạn Wilmar Argo Việt Nam đã đầu tư dây chuyền công nghệ hiện đại trích ly dầu cám gạo với năng suất xấp xi 500 tan nguyên liệu/ngày. Hàm lượng béo trong cám gạo khoảng 15 — 20%, như vậy trung bình mỗi ngày có khoảng 400 tan cám gạo được tạo ra.
Phần cám này được sản xuất thành thức ăn gia súc với các thương hiệu “Cám Vàng” và “Kim Trư”. Mặc dù cám gạo tách béo giàu dinh dưỡng, không gây dị ứng, sẵn có và rẻ tiền nhưng hiện nay nguồn nguyên liệu này chủ yếu chi được dùng làm thức ăn gia súc [4]. Bánh quy là sản phẩm được sử dụng pho biến trên thế giới. Bánh quy giàu carbohydrate, chất béo và năng lượng nhưng lại nghèo chất xơ, vitamin và khoáng [5].
Hiện nay, trên Thế Giới và Việt Nam đang phát triển dòng sản phẩm bánh quy giàu xơ từ hạt ngũ cốc nguyên cám. Nguyên liệu được sử dụng chủ yếu là hạt lúa mì và hạt yên mạch nguyên cám; đây là những nguồn ngũ cốc không sẵn có ở Việt Nam. Với hàm lượng chất xơ khoảng 20 — 51%, cám gạo được xem là nguồn cám ngũ cốc giàu chất xơ [2]. Ở nước ta, cám gạo tách béo là nguôn nguyên liệu rẻ tiền và sẵn có nên có thé sử dụng để thay thế một phan bột mì tạo sản phẩm bánh quy giàu xo; giúp cải thiện hàm lượng chất xơ, protein và khoáng cho sản phẩm bánh quy.
Trên thế giới, cám gạo tách béo được nghiên cứu bồ sung vào bánh muffin [6], bánh quy [7]. Ty lệ bồ sung cám gạo tách béo vào sản phẩm bị giới hạn ở mức 10 — 20% do tỷ lệ cao làm ảnh hưởng xấu đến chất lượng sản phẩm như giảm ty lệ nở và độ giòn của bánh, tăng độ cứng và độ nhám của bánh [9]. Đến nay ở Việt Nam chưa có công bố nao liên quan đến việc bố sung cám gạo tách béo vào bánh quy và các sản phẩm thực phẩm khác. Theo nghiên cứu của Shneeman và cộng sự (1987) thì nguồn xơ được xem là có tác dụng tốt cho sức khỏe cân chứa 30 — 50% xơ hòa tan (soluble dietary fiber — SDF) và 50 — 70% xơ không hoa tan (insoluble dietary fiber — IDF), ty lệ IDF/SDF phải xấp xi 2:1 [10].
Cám gạo tách béo với thành phan chủ yếu là xo không hòa tan bao gồm cellulose, hemicellulose va lignin; ty lệ IDF/SDF xấp xi 11:1. Vì vậy, cần phải có giải pháp phù hợp dé xử lý nguồn nguyên liệu cám gạo tách béo này nhằm làm tăng tỷ lệ xơ hòa tan và giảm tỷ lệ xơ không hòa tan. Việc sử dụng chế phẩm enzyme có thé làm thay đổi tỷ lệ IDF/SDF trong cám gạo. Từ những lập luận ở trên, chúng tôi thực hiện dé tài “Nghiên cứu xử lý cám gạo tách béo bằng phương pháp enzyme để sử dụng trong sản xuất bánh quy giàu xơ”.
Chúng tôi hy vọng kết quả nghiên cứu sẽ đóng góp một phần dữ liệu làm cơ sở cho việc triển khai ứng dụng trong công nghiệp nhăm tận dụng hiệu quả phụ phẩm sẵn có đề tạo ra các sản phầm có giá tri gia tăng va tôt cho sức khỏe. Giới thiệu chung Cau tao của hạt thóc trưởng thành được thé hiện ở Hình 2. Râu hạt “' riTeayOF. “aoA`TESaG°e, í ~~ Lop aleurone Lop nucellar Tế bao nội nhũ với Vỏ hat (seed coat)—— Cám hạt tỉnh bột Vỏ quả (pericap) Chéi mam Vay Ré mam Hình 2.1 Cấu tao của hạt thóc trưởng thành [11] Cám gạo là phụ phẩm chính thu được sau khi xát gạo lứt và thường chiếm khoảng 8 — 10% trọng lượng hạt lúa.
Cám gạo là hỗn hợp của các thành phân từ lớp vỏ nội nhũ, mầm phôi hạt, cũng như một phân từ tắm [2]. Cám gạo có màu vàng sáng và có mùi đặc trưng. Thanh phan hóa học của cám gạo thay đôi phụ thuộc vào giống lúa, điều kiện trồng trọt và phương pháp xay xát [12]. Theo De Campos (2006), thành phan hóa học của cám gạo bao gồm: 11 — 15% protein, 34 — 62% carbohydrate trong đó có 7— 11% xơ thô, 7 — 10% tro, 15 — 20% lipid và 7 — 14% âm [13].
Cám gạo tách béo là phụ phẩm của quá trình sản xuất dầu cám gạo [14]. Quá trình tách béo làm tăng hàm lượng chat xo, tinh bột, protein và tro trong cám gạo do chất béo đã được loại đi [8]. Thành phan hóa học Carbohydrate Carbohydrate chiếm khoảng 34 — 62% ham lượng chat khô của cám gạo bao gôm các thành phan chính như cellulose, hemicellulose và tỉnh bột [15]. Tinh bột không tổn tại trong các thành phan hình thành nên cám gạo nhưng trong quá trình xay xát, dưới tác động của ngoại lực, nội nhũ bị vỡ ra và rơi vào trong cam.
Lượng tinh bột nay rất khác nhau, phụ thuộc vào mức độ nghiền và chiếm khoảng 5 — 35% chất khô của cám gạo [16]. Những đặc tính cua tinh bột cám gạo như sự trương nở, nhiệt độ hồ hóa của nó khá tương đồng với tinh bột gạo. Nhiệt độ hồ hóa của tinh bột gạo là 70 — 80°C [17]. Cellulose là polysaccharide chính cầu tạo nên thành tế bào thực vật, chiếm khoảng 9,6 — 12,8% lượng carbohydrate và tập trung nhiều ở lớp vỏ lụa của hạt [16].
Đây là các polymer mạch thang cau tạo từ đơn phân là D-glucose thông qua các liên kết B(1.4) — D — glycoside sắp xếp có trật tự [18]. Cellulose thường bao gồm từ 6000 — 12000 đơn phân [19]. Cellulose là thành phần được quan tâm vì cấu trúc mạch polysaccharide vững chắc và khả năng hút nước cao của cellulose sẽ ảnh hưởng rất lớn đến chất lượng của bánh quy. Hemicellulose chiếm khoảng 8,7 — 14,7% lượng carbohydrate [16].
Hemicellulose là polysaccharide được cau tạo từ các đường đơn bao gồm cả đường 6 carbon như glucose, galactose, mannose và đường 5 carbon như xylose, arabinose và rhamnose. Hemicellulose thường bao gém từ 500 — 3000 đơn phan. Hemicellulose trong cám gạo chu yếu là xylan va arabinoxylan, trong đó xylan được cau tao từ don phân là B-D-(1,4) xylose còn arabinoxylan được cấu tạo từ đơn phân là B-D-(1 4) xylose và găn với mạch nhánh arabinose (tỷ lệ arabinose : xylose là 1:8) [20]. B-glucan được cấu tao từ don phân là B-(1,4) glucose và B-(1,3) glucose, chiếm tỷ lệ rất nhỏ trong cám gạo [16].
Đường tự do tập trung chủ yếu ở lớp aleurone (3 — 5%), bao gôm: glucose, fructose, sucrose, raffinose [16]. Một thành phan khác trong thành tế bào thực vật là lignin (7,7 — 13,1% lượng carbohydrate) [16]. Lignin là phức hợp polymer mạch nhánh, không hòa tan của các đơn vị phenylpropane được liên kết với nhau bởi liên kết ether, từ đó hình thành nên mạng lưới liên kết ngang trong thành tế bào thực vật, liên kết chặt chẽ với cellulose va hemicellulose tạo nên độ cứng chắc cho thành tế bào [18]. Hemicellulose liên kết và hình thành lớp màng bao phủ bên ngoài cellulose thông qua liên kết hydro, đồng thời hemicellulose còn liên kết với lignin tại nhiều vị trí khác nhau bằng liên kết cộng hóa trị.
Sự sắp xếp chặt chẽ giữa các thành phân cellulose, lignin và hemicellulose tạo thành mạng không gian 3 chiều vững chắc cho thành tế bào thực vật như Hình 2.2 Sự sắp xếp các thành phan lignin, hemicellulose va cellulose ở thành tế bào thực vật [22| Protein Protein trong cám gạo phân lớn tập trung ở lớp sub-aleurone [23]. Hàm lượng protein trong cám gạo khoảng 11 — 15%. Trong cám gạo tách béo, lượng protein có thé lên đến 20% với bốn thành phan chính bao gôm albumin, globulin, prolamin và glutelin, với tỷ lệ tương ứng là 37%, 36%, 5% và 22% [16]. Protein của cám gạo được tiêu hóa hiệu quả và có giá trị dinh dưỡng cao; hệ số hiệu quả sử dụng protein (protein efficiency ratio) của protein cám gạo là 1,6 [24].
Protein đậm đặc từ cám gạo có hệ số hiệu quả sử dụng protein là 2,0 — 2,2, trong khi đó hệ số này của casein là 2,5 [24]. Protein của cám gạo giàu lysine va threonine, các amino acid tự do chủ yếu là acid glutamic, alanine va serine [25]. Lipid Ham lugng lipid trong cam gao khoang 15 — 20%. Trong cam gao tach béo, ham lượng lipid thường không quá 3% [25].
Dau cám gạo chứa 76% acid béo không bão hòa và 24% acid béo bão hòa. Trong nhóm acid béo không bão hòa có chứa 38,4% acid oleic, 34,4% acid linoleic và 2,2% acid linolenic. Trong nhóm acid béo bão hòa có chứa 21,5% acid palmitic và 2,9% acid stearic [26]. Ngoài ra, lipid của cám gạo còn chứa nhiều hợp chất chống oxi hóa như tocotrienol, y-oryzanol, B- sitosterol [27].
Cám gạo có hạn sử dụng ngăn do hàm lượng béo cao và có chứa enzyme lipase [12]. Cám gạo tách béo dễ bảo quản do đã tách đi phân lớn lượng chất béo và đã bất hoạt được enzyme lipase. Khoáng Hàm lượng khoáng trong phần cám và cám mịn sau đánh bóng hạt gạo cao gấp 3 lần trong nội nhũ của hạt gạo. Thành phần khoáng của cám gạo bao gồm P (14800-28680 ppm), K (13650-23960 ppm), Mg (8650-12300 ppm), Mn (110-877 ppm), Al (53-369 ppm), Ca (140-1310 ppm), Fe (190-530 ppm), Zn (80 ppm); P chiếm ty lệ cao nhất trong thành phan khoáng của cám gạo [16].
Vitamin Vitamin trong cám tập trung chủ yếu ở lớp vỏ ngoài của hạt gạo, đặc biệt là ở lớp aleurone và vay mam (scutellum). Cám gạo giàu vitamin nhóm B gồm thiamine, riboflavin va niacin [16]. Chat ức chế dinh dưỡng Tác nhân kháng dinh dưỡng trong cám gạo gồm yếu tô kháng trypsin, yếu tô khang pepsin, haemagglutinin-lectin va phytate [28]. Theo Y ounas và cộng sự (2011) các thành phan này có bản chat là protein, ngoại trừ phytate.
Nhiệt độ có thé làm biến tính protein và làm giảm các thành phần ức chế dinh dưỡng trong cám gạo [28]. Enzyme Enzyme trong cám gạo có nguén gốc từ mam và lớp ngoài cùng của hạt gạo, bao gom các loại: œ— va B — amylase, ascorbic oxidase, catalase, cytochrome oxidase, dehydrogenase, deoxyribonuclease, esterase, flavin oxidase, a — va B — glycosidase, invertase, lecithinase, lipase, lipoxygenase, pectinase, peroxidase, phosphatase, phytase, proteinase va succinate dehydrogenase [29].