Đặt vấn đề Theo số liệu của FAOSTAT (2022), trong 5 năm qua, từ 2016-2020, trung bình mỗi năm nước ta sản xuất được khoảng 43 triệu tấn lúa, trong đó Đồng bằng sông Cửu Long đóng góp khoảng 24 triệu tấn. Hằng năm, có khoảng 2,4 triệu tấn cám được sản xuất ra từ quá trình xay xát lúa ở ĐBSCL. Rõ ràng, nguồn phụ phẩm của ngành chế biến gạo rất dồi dào, tiềm năng khai thác rất lớn. Trong đó, cám gạo là nguồn nguyên liệu chứa nhiều dưỡng chất sử dụng cho nhiều lĩnh vực như thực phẩm, dược phẩm và mỹ phẩm (Khalid, Basharat, A.Singh, Preeti, & AliAbas, 2015).
Cám gạo chiếm đến khoảng 10% của tổng trọng lượng của gạo thô, bao gồm: vỏ bì, vỏ lụa, lớp cutin của nhân, tầng aleuron và phôi mầm. Tuy nhiên, hiện nay, cám thường được tận dụng làm dầu cám và thức ăn chăn nuôi. Việc nâng cao chất lượng cám làm thức ăn cho người vẫn chưa được nghiên cứu và ứng dụng. Hơn nữa, trong quá trình chế biến và bảo quản cảm, các chất béo từ cám rất dễ bị thủy phân và oxy hóa.
Việc sử dụng enzyme protease vô hoạt lipase và một số enzyme khác vừa có ý nghĩa khoa học vừa có ý nghĩa thực tiển cao. Protease thủy phân lipase ở nhiệt độ khá thấp (~55oC) vừa giữ được giá trị cảm quan (màu sắc, mùi vị) và dinh dưỡng (vitamin, khả năng tiêu hóa protein). Hơn nữa, trong quá trình thủy phân với protease, một số peptid và acid amin được tạo thành, các sản phẩm này vừa tăng khả năng hấp thu vừa tăng hoạt tính sinh học hỗ trợ sức khỏe. Cám có thành phần dinh dưỡng cao gồm 14÷16% protein, 12÷23% chất béo, 8÷10% chất xơ, giàu vitamin, đặc biệt là vitamin B, khoáng chất và sterol khác.… hàm lượng cân đối và có nhiều xơ dễ tiêu có thể xem là rất tốt cho cả con người (Saunders & R.
Hơn thế nữa, công bố của Han et al., (2015) cho thấy protein cám gạo có những tính năng vượt trội so với protein đậu nành và protein động vật (casein) về khả năng tiêu hóa và giá trị sinh học khác. Theo những công trình khoa học đã công bố, cám gạo là nguồn cung cấp acid béo cơ bản. Vì thế, cám gạo không chỉ là nguồn thức ăn cho chăn nuôi mà có thể được sử dụng để phát triển thêm những sản phẩm khác từ nguồn nguyên liệu giàu dinh dưỡng này. Tuy nhiên, tính ưu việt này gây khó khăn cho quá trình bảo quản vì hàm lượng dinh dưỡng cao, đặc biệt là hàm lượng chất béo chưa bão hòa.
Hư hỏng lớn nhất, cần quan tâm nhất là sự ôi hóa dầu do hoạt động của enzyme lipase và lipoxygenase làm oxy hóa các acid béo chưa no (chưa bão hòa) như acid linoleic, linolenic để hình thành các hydroperoxide và tạo thành các hợp chất có nhóm carbonyl có mùi ôi khét làm thay đổi mùi vị tự nhiên của cám gạo và có thể tạo thành các chất gây ung thư. Để loại trừ tác nhân gây hại cho sản phẩm thực phẩm người ta sử dụng nhiều biện pháp, trong đó, sử dụng enzyme là một phương pháp ưu việt do những đặc tính nổi trội 1 n của phản ứng xúc tác enzyme. Enzyme là chất xúc tác sinh học không chỉ có ý nghĩa cho quá trình sinh trưởng, sinh sản của thực vật mà còn đóng vai trò rất quan trọng trong chế biến thực phẩm, y học, kỹ thuật phân tích, công nghệ gen và bảo vệ môi trường (Nguyễn Đức Lượng, 2004). Với những ưu điểm nổi bật, enzyme ngày càng được nghiên cứu và ứng dụng rộng rãi.
Do đó, tác giả thực hiện đề tài “Sử dụng chế phẩm protease trong xử lý cám gạo dùng cho chế biến thức uống dinh dưỡng” nhằm kết hợp giữa nguồn nguyên liệu dồi dào được xử lý bằng phương pháp sinh học tiên tiến, làm đa dạng các sản phẩm thực phẩm an toàn cho sức khỏe người tiêu dùng.2 Mục tiêu nghiên cứu 1.1 Mục tiêu chung Thông qua việc sử dụng enzyme thương mại, xác lập được các điều kiện tối ưu để vô hoạt enzyme lipase trong nguyên liệu cám gạo và ứng dụng chế biến thức uống dinh dưỡng từ cám gạo.2 Mục tiêu cụ thể - Xác lập điều kiện vô hoạt tối ưu enzyme lipase có trong cám gạo bằng các chế phẩm enzyme protease thương mại. - Xác lập động học biến đổi của thành phần các hợp chất bay hơi có trong dịch cám gạo trong quá trình xử lý nhiệt và bảo quản. - Xác lập động học phân hủy nhiệt của hợp chất fructooligosaccharides (FOS) [bao gồm 1-kestose (GF2), nystose (GF3) và 1F-fructosylnystose (GF4)] trích ly từ cám gạo dưới các tác động của nhiệt độ và pH. - Ứng dụng kết quả nghiên cứu vào chế biến thức uống dinh dưỡng.3 Nội dung nghiên cứu Nghiên cứu được chia làm 4 nội dung: - Nội dung 1: Nghiên cứu ảnh hưởng của một số yếu tố đến khả năng vô hoạt enzyme lipase trong cám gạo bằng các chế phẩm protease Protamex và Flavourzyme - Nội dung 2: Nghiên cứu ảnh hưởng của các chế độ tiệt trùng và thời gian bảo quản lên thành phần hợp chất bay hơi của nước cám gạo.
- Nội dung 3: Nghiên cứu động học phân hủy nhiệt của hợp chất FOS (bao gồm GF2, GF3 và GF4) trích ly từ cám gạo. - Nội dung 4: Nghiên cứu sử dụng cám gạo đã vô hoạt enzyme lipase để chế biến thức uống dinh dưỡng.4 Ý nghĩa của luận án Hiện nay, ở nước ta việc nghiên cứu về phụ phẩm nông nghiệp rất ít công trình được công bố, do đó, kết quả nghiên cứu về cám gạo đã mang lại một ý nghĩa to lớn và quan trọng, góp phần vào việc định hướng phát triển ngành lúa gạo, một thế mạnh của Việt nam. Nghiên cứu chỉ ra việc sử dụng kết hợp chế phẩm protease mang lại hiệu quả trong xử lý cám gạo và ứng dụng nguồn nguyên liệu này chế biến ra những sản phẩm dinh dưỡng là một hướng đi mới đầy tiềm năng. Bên cạnh đó, nghiên cứu đã bước đầu khảo sát sự hiện diện cũng như điều kiện chế biến ảnh hưởng đến độ bền nhiệt của thành phần FOS, một prebiotic quan trọng đối với sức khỏe con người.
Do đó, đề tài có giá trị khoa học, thực tiễn và thời sự cao. Hơn nữa, đề tài còn có tính hiện đại vì sử dụng kỹ thuật fingerprinting và headspace để truy vết và định lượng các hợp chất tạo hương vị trong quá trình chế biến nhiệt các sản phẩm nước uống từ cám gạo.5 Điểm mới của luận án Kết quả nghiên cứu đóng góp cơ sở khoa học cho vấn đề nghiên cứu còn bỏ ngõ, cám gạo. Việc sử dụng kết hợp chế phẩm protease nhằm rút ngắn thời gian và tăng hiệu quả xử lý enzyme lipase đã giúp cho việc thu hồi dịch thủy phân chứa thành phần dinh dưỡng nổi trội, làm gia tăng giá trị của sản phẩm ứng dụng là sữa chua và bột dinh dưỡng, đây là hai sản phẩm mới có tính khả thi khi được chuyển giao sản xuất thực tế. Đồng thời, việc nghiên cứu thành phần FOS trong cám gạo là nội dung nổi bật, có ít công trình nghiên cứu nào đã công bố.
Ngoài ra, phương pháp “metabolomics” đã được xem như một công cụ đánh giá chất lượng, quá trình chế biến và tính an toàn của nguyên liệu và sản phẩm cuối cùng đã được sử dụng trong nghiên cứu. Từ đây cho thấy nghiên cứu này là công trình có tính mới về đối tượng và về phương pháp. 3 n TỔNG QUAN TÀI LIỆU 2.1 Tổng quan về cám gạo và sự hư hỏng của cám gạo 2.1 Giới thiệu chung Các sản phẩm phụ từ quá trình chế biến gạo có thể bao gồm vỏ trấu, cám gạo, phần cám lau bóng và hạt tấm. Lúa được thu hoạch từ ruộng ở dạng lúa nước.
Sau khi lúa được sấy khô, công đoạn đầu tiên của quy trình xay xát là loại bỏ vỏ, tạo ra gạo lứt. Tiếp theo, lớp bên ngoài được loại bỏ khỏi hạt gạo lứt để thu được gạo trắng. Lớp bên ngoài (màu nâu) được tách ra được gọi là cám gạo theo sơ đồ Hình 2. Quy trình sản xuất và chế biến cám gạo (Elizabeth, 2011) Từ sơ đồ trên, nếu ức chế được enzyme lipase thì cám gạo có thể bảo quản được lâu và chế biến được những sản phẩm dinh dưỡng.
Cám gạo là một trong những nguyên liệu còn lại thu được sau khi xay xát thóc, nó chiếm khoảng 10% trọng lượng hạt thóc. Cám gạo là sản phẩm của vỏ bì, vỏ lụa, lớp cutin của nhân, tầng aleuron, phôi mầm cũng như một phần từ tấm. Cám gạo có màu sậm, chiếm 5÷9% trọng lượng gạo lứt. Cám gạo có màu sáng và mùi thơm đặc trưng.
Xét theo sự khác biệt hàm lượng thành phần chính có trong cám gạo người ta phân ra ba (03) loại chính: - Cám thô (cám pa-long): là loại cám thu được sau quá trình bóc vỏ trấu để thu gạo lứt. Loại cám này hàm lượng trấu nhiều. 4 n - Cám nhuyễn (cám Y): là loại cám thu được trong quá trình xay xát từ lúa ra gạo trắng. Loại này có hàm lượng dầu rất cao.
- Cám khô: là loại cám thu được của quá trình xát trắng gạo. Tỉ lệ tấm khá cao, lượng dầu ít hơn loại cám Y.2 Thành phần hóa học và dinh dưỡng của cám gạo Cám gạo là nguồn chất xơ rẻ và cũng là nguồn chất béo có ích để dùng làm dầu ăn (dầu cám gạo). Vì chỉ được xem là thức ăn gia súc nên cám gạo không được dùng nhiều trong chế độ dinh dưỡng và tăng cường sức khỏe của con người. Giá trị dinh dưỡng cao của cám gạo đã khiến nó được quan tâm nhiều hơn trong sức khỏe cộng đồng.
Theo nghiên cứu của giáo sư Elizabeth (2011) đến từ trường đại học Colorado thì một khẩu phần cám gạo (tương đương 28 g theo tiêu chuẩn Bộ nông nghiệp Mỹ USDA) cung cấp nhiều hơn phân nửa nhu cầu các loại vitamin như thiamine, niacin và vitamin B6 trong ngày. Thành phần hóa học và giá trị dinh dưỡng của cám gạo biến động rất lớn, phụ thuộc vào kỹ thuật xay xát gạo (Trần Thị Thu, 2010). Cám gạo thường có dạng bột, mềm và mịn. Cám gạo chứa nhiều chất dinh dưỡng rất quý.
Với 14÷16% protein, 12÷23% chất béo, 8÷10% chất xơ, cám gạo cũng là nguồn giàu vitamin B và các chất khoáng như sắt, kali, magiê, mangan, clo (Saunder, 1985). Thành phần của cám có nhiều vitamin và chất béo tốt, lại cân đối và có nhiều xơ dễ tiêu có thể xem là rất tốt cho cả con người. Cũng theo Bộ Nông nghiệp Hoa Kỳ, cám gạo tốt bằng/hơn cám yến mạch trong việc làm giảm hàm lượng cholesterol và nguy cơ bệnh tim mạch. Hơn nữa, cám gạo có vị tốt và giá thấp hơn cám yến mạch.