Bước đầu nghiên cứu quy trình sản xuất gạo lứt nảy mầm dùng cho người tiểu đường

Giải thưởng Sinh viên nghiên cứu khoa học Euréka lần 20 năm 2018 Kỷ yếu khoa học 223 BƯỚC ĐẦU NGHIÊN CỨU QUY TRÌNH SẢN XUẤT GẠO LỨT NẢY MẦM DÙNG CHO NGƯỜI TIỂU ĐƯỜNG Nguyễn Hoàng Linh*, Hoàng Phương Hà, Lê Việt Hoa, Lê Thị Vân Anh Trường Đại học Khoa học và Công nghệ Hà Nội *Tác giả liên lạc: linhNH.b7093@st.usth.edu.vn TÓM TẮT Đề tài nghiên cứu trên mẫu gạo lứt Hải Hậu nhằm tối ưu hóa quá trình ngâm, ủ, từ đó đưa ra quy trình tạo ra sản phẩm gạo lứt nảy mầm phù hợp với nhóm bệnh nhân tiểu đường với giá thành phải chăng. Ba lô gạo lứt nguyên trấu bóc vỏ thủ công (B), hạt gạo không bóc vỏ (KB) và gạo lứt bóc vỏ bằng thiết bị công nghiệp (M) đã được đánh giá khả năng nảy mầm trong thời gian ngâm 1h, 3h và 6h. Các mẫu hạt sau khi nảy mầm được đánh giá hàm lượng đường tổng theo phương pháp Bertrand. Kết quả cho thấy mẫu mua có tỷ lệ nảy mầm thấp nhất (60%) trong khi đó các mẫu bóc, không bóc có tỷ lệ nảy mầm cao hơn (90%). Ngoài ra, đối với từng nhóm mẫu, thời gian ngâm không ảnh hưởng nhiều đến tỷ lệ nảy mầm. Về hàm lượng đường tổng, mẫu gạo mua có sự suy giảm lớn nhất (45%) sau 24 giờ ngâm ủ chứng tỏ thời gian 1 ngày là khoảng thời gian tốt nhất để thu được gạo lứt nảy mầm có chỉ số đường bột giảm. Kết quả này bước đầu cho thấy có thể sử dụng gạo lứt nảy mầm cho đối tượng bệnh nhân tiểu đường. Từ khóa: Gạo lứt, gạo lứt nảy mầm, tỷ lệ nảy mầm, hàm lượng đường tổng, tiểu đường. PRELIMINARY STUDY FOR PRE-GERMINATED BROWN RICE PRODUCTION FOR DIABETIC PATIENTS Nguyen Hoang Linh*, Hoang Phuong Ha, Le Viet Hoa, Le Thi Van Anh University of Science and Technology of Ha Noi *Corresponding Author: linhNH.b7093@st.usth.edu.vn ABSTRACT The study focuses on soaking and incubating conditions of Hai Hau rice breed to provide an appropriate procedure to making germinated brown rice for diabetic patients with low-cost needed. Three samples (manual de-husked, non-husked and industrial de-husked brown rice)are soaked in three time range (1h, 3h and 6h) followed by the total sugar content analysis by Bertrand method. The results prove that the percentage of industrial de-husked brown rice is the lowest (60%), and two other samples have nearly similar percentage of germination (90%). The difference among germination percentage with three different soaking time is not considerable. The reduction of total sugar content of the industrial product is most significant (45%) after 24 hourse of incubation which indicates that the best period of germination to obtain low amount of total sugar. The preliminary result reveals the health efficiency of germinated brown rice with diabetic patients. Keywords: Brown rice, germinated brown rice, germination percentage, total sugar content, diabetes. Giải thưởng Sinh viên nghiên cứu khoa học Euréka lần 20 năm 2018 Kỷ yếu khoa học 224 TỔNG QUAN Gạo cung cấp nguồn gluxit chính và nhiều loại vitamin, khoáng chất, giúp thúc đẩy các quá trình sinh hóa trong cơ thể. Hiện nay, sản phẩm gạo lứt được đánh giá có nhiều vượt trội về thành phần dinh dưỡng so với gạo trắng. Hạt gạo lứt bao gồm mầm (germ), lá mầm (endosperm) và cám (bran), trong đó lá mầm chiếm 80% tổng khối lượng hạt; mầm và cám chứa 10-15% protein, giàu vitamin (đặc biệt là vitamin B) và là nguồn khóa ng chất tốt, nhất là những khóa ng chất vi lượng (Joanne L. Slavin et al., 1999). Các nghiên cứu còn chỉ ra rằng hàm lượng chất xơ, axit phytic và các polyphenol ở gạo lứt cao hơn so với gạo trắng (Joanne L. Slavin et al., 1999). Bên cạnh gạo lứt, vài năm gần đây trên thị trường còn xuất hiện sản phẩm gạo lứt nảy mầm. Được chứng minh là giàu dinh dưỡng và cải thiện yếu tố cảm quan, sản phẩm gạo lứt nảy mầm mang lại nhiều lợi ích cho sức khỏe và chất lượng bữa ăn cho người tiêu dùng. Các chất dinh dưỡng trong gạo lứt nảy mầm bao gồm vitamin (E, B1, B6), chất khoáng (sắt, canxi), γ– amino butyric acid (GABA). Trong quá trình ngâm ủ, nhờ phản ứng giữa phytic acid và các khóa ng chất, gạo lứt nảy mầm sẽ trở nên mềm hơn và dễ tiêu hóa (A. M. Spanier et al., 2001). Mặt khác, do một phần tinh bột, đường trong gạo lứt được sử dụng tạo nguyên liệu cũng như năng lượng cho quá trình nảy mầm, hàm lượng đường/bột trong gạo lứt nảy mầm giảm. Nhờ những đặc điểm về hàm lượng dinh dưỡng và yếu tố cảm quan, gạo lứt nảy mầm được khuyên nên bổ sung vào thực đơn của bệnh nhân tiểu đường. Bệnh tiểu đường (Bệnh đái tháo đường) là nhóm bệnh do các vấn đề chuyển hóa trong cơ thể liên quan đến việc tiết hormone insulin và các hoạt động của hormone này. Các yếu tố ảnh hưởng đến bệnh tiểu đường gồm có gene di truyền, các bệnh tật khác trong cơ thể, chế độ tập luyện và chế độ dinh dưỡng (Media Centre|Fact sheets). Gạo lứt nảy mầm đáp ứng đầy đủ những tiêu chuẩn cần thiết dành cho người bị bệnh tiểu đường như có quá trình phân hủy và tạo thành đường chậm do vẫn còn nguyên vỏ cám. Tuy nhiên, hầu hết các nghiên cứu này chỉ tập trung vào thành phần, yếu tố dinh dưỡng mà chưa đề xuất một quy trình sản xuất tối ưu và hướng tới một nhóm đối tượng cụ thể (nhóm người bị bệnh tiểu đường). Vì vậy, mục tiêu đề tài này là nghiên cứu tối ưu hóa các điều kiện ngâm ủ giống gạo lứt tám Hải Hậu nhằm thu được sản phẩm có chỉ số đường bột thấp, thích hợp làm thức ăn cho người bị bệnh tiểu đường, với chi phí đầu tư thấp, thời gian sản xuất ngắn phù hợp với quy mô hộ gia đình. NGUYÊN LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU Nguyên liệu Hạt thóc (hạt gạo còn nguyên vỏ trấu) tám Hải Hậu và sản phẩm gạo lứt Hải Hậu đã được bóc lớp vỏ trấu bằng thiết bị công nghiệp (của công ty Donavi, xuất xứ Nam Định) được thu mua và bảo quản ở điều kiện nhiệt độ phòng làm nguyên liệu cho nghiên cứu. Phương pháp Điều kiện ngâm, ủ của các loại gạo: Nguyên liệu thí nghiệm chia thành 3 lô: gạo lứt nguyên trấu bóc vỏ thủ công (B), hạt gạo không bóc vỏ (KB) và gạo lứt bóc vỏ bằng thiết bị công nghiệp (M). Mỗi lô lấy 20 hạt, ngâm trong nước ấm khoảng 50°C trong vòng 1h, 3h hoặc 6h, không tiếp xúc với ánh sáng. Sau đó, các mẫu gạo được đặt ra đĩa petri, ủ ở điều kiện 30oC. Giải thưởng Sinh viên nghiên cứu khoa học Euréka lần 20 năm 2018 Kỷ yếu khoa học 225 Xác định hàm lượng đường tổng trong gạo lứt bằng phương pháp Bertrand: 2g gạo lứt được nghiền mịn ra với 100ml nước cất. Sau đó, cho thêm 20 ml HCl 15% và đun cách thủy hỗn hợp trong khoảng 2 - 3h nhằm thủy phân hoàn toàn tinh bột. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN Nghiên cứu điều kiện nảy mầm Hình 1. Tỷ lệ nảy mầm của các mẫu Từ Hình 1 có thể thấy tỷ lệ nảy mầm của mẫu gạo M rất thấp, chỉ ở ngưỡng 60% trong khi đó khả năng này mầm của mẫu B và KB lên tới 90%. Điều này có thể giải thích như sau: thứ nhất, hạt gạo không bóc vỏ đã qua chọn lọc và hạt còn nguyên cả vỏ trấu nên phần mầm còn nguyên vẹn. Gạo lứt nguyên trấu bóc vỏ thủ công được bóc bằng tay và loại bỏ những hạt gãy nên tỷ lệ nảy mầm cao hơn. Trong khi đó, mẫu gạo lứt bóc vỏ bằng thiết bị công nghiệp đã qua quá trình xay xát công nghiệp, nhiều hạt gãy, vỡ và không còn giữ lại được mầm cũng như chất lượng đầu vào không được đồng đều.Tuy vậy, sản xuất gạo lứt nảy mầm nên lấy hạt đã qua xay xát công nghiệp, tuy khả năng nảy mầm chỉ bằng một nửa nhưng thuận tiện khi sản xuất trong quy mô hộ gia đình. Về thời gian ngâm, với các mẫu khác nhau trong các khoảng thời gian ngâm khác nhau (1h, 3h và 6h) tỷ lệ nảy mầm giữa các mẫu này không khác biệt rõ rệt theo thời gian ngâm. Vì vậy, để tối ưu hóa quy trình này, chúng ta chỉ cần ngâm mẫu trong 1h để đẩy nhanh tốc độ của quá trình. Hàm lượng đường tổng Hình 2. Lượng đường tổng ở trong các mẫu trong ngày thứ nhất Hình 2 cho thấy sau khi ủ 1 ngày, cả 3 mẫu thí nghiệm đều có hàm lượng đường tổng số giảm so với đối chứng. Cụ thể như sau: mẫu KB giảm ít nhất: 340mg (25%), mẫu B giảm 16% và cuối cùng mẫu M giảm nhiều nhất: 545mg (45%). Hàm lượng đường tổng số đều giảm so với mẫu đối chứng bởi Giải thưởng Sinh viên nghiên cứu khoa học Euréka lần 20 năm 2018 Kỷ yếu khoa học 226 vì giai đoạn nảy mầm của hạt có hoạt động trao đổi chất rất mạnh nhằm tạo ra năng lượng và chuẩn bị những điều kiện cần thiết cho việc phát sinh cơ quan mới. Quá trình này bao gồm cả những biến đổi sinh lý sinh hóa như tăng mạnh quá trình hô hấp tế bào, tăng tổng hợp một số hormone kích thích sinh trưởng (như gibberrelin) dẫn đến việc tăng tổng hợp một số enzyme thủy phân như amylase, protease... dẫn đến tăng các phản ứng hóa sinh như phản ứng thủy phân, phản ứng phân giải glucose. Chính vì được sử dụng cho các quá trình trên, lượng đường tổng đã có sự suy giảm. Tuy nhiên, theo thời gian, hàm lượng đường tổng không tiếp tục giảm. Hình 3. Sự thay đổi lượng đường tổng ở các mẫu ngâm 1h, 3h, 6h so với mẫu gạo chưa ngâm ủ Ở thí nghiệm này, chúng tôi chỉ thu thập số liệu và tập trung nghiên cứu đến thời gian nảy mầm tối đa là 2 ngày do từ ngày thứ 3, các mẫu không còn giữ được mùi hương ban đầu, cùng với việc màu sắc cũng thay đổi theo, không phù hợp để tiêu thụ. Trong khoảng thời gian này, hàm lượng đường tổng sau ngày ủ thứ nhất đều giảm ở cả 3 mẫu 1h, 3h và 6h. Tuy nhiên, chỉ số này có xu hướng tăng ở những ngày sau đó. Điều này có thể được lập luận do trong quá trình nảy mầm, nhu cầu năng lượng tăng cao. Vì vậy, không chỉ tinh bột được thủy phân mà còn có các đại phân tử khác như lipid. Sản phẩm của quá trình thủy phân lipid có thể được trao đổi chất theo hướng ưu tiên tạo năng lượng thông qua việc biến đổi thành các hợp chất trung gian thuộc nhóm gluxit. Đây là kết quả quan trọng cho thấy, để sản xuất gạo lứt nảy mầm dùng cho người tiểu đường thì quy trình ngâm ủ chỉ dừng lại ở 1 ngày (24 giờ). KẾT LUẬN Quy trình sản xuất gạo lứt nảy mầm theo quy mô hộ gia đình được nhóm nghiên cứu đề xuất như sau. Hình 4. Quy trình sản xuất gạo lứt nảy mầm theo quy mô hộ gia đình 70.00% 80.00% 90.00% 100.00% 110.00% 120.00% 130.00% 0 1 2 Ngâm 1h Ngâm 3h Ngâm 6h Rửa sạch gạo lứt Ngâm 1h ở nhiệt độ phòng Ủ trong 24h Chế biến thành phẩm Ngày Tỷ lệ (%) Giải thưởng Sinh viên nghiên cứu khoa học Euréka lần 20 năm 2018 Kỷ yếu khoa học 227 Nghiên cứu khả năng nảy mầm của ba lô gạo lứt với cách bóc vỏ khác nhau là gạo lứt nguyên trấu bóc vỏ thủ công, hạt gạo không bóc vỏ và gạo lứt bóc vỏ bằng thiết bị công nghiệp cho thấy tỷ lệ nảy mầm của lô gạo lứt nguyên trấu bóc vỏ thủ công, hạt gạo không bóc vỏ tương đối đồng đều (80 - 90%) và cao hơn hẳn so với gạo lứt bóc vỏ bằng thiết bị công nghiệp (xấp xỉ 60%). Trong khi đó, hàm lượng đường tổng của gạo lứt nảy mầm trong gạo lứt bóc vỏ bằng thiết bị công nghiệp lại thấp nhất (655mg). Tuy vậy, chúng tôi đề xuất sử dụng mẫu gạo lứt bóc vỏ bằng thiết bị công nghiệp để xây dựng quy trình sản xuất gạo lứt này mầm được chuyên biệt hóa cho nhóm bệnh nhân bị tiểu đường ở quy mô gia đình. TÀI LIỆU THAM KHẢO CUNG THỊ TỐ QUỲNH, N. H. (2013). Nghiên cứu xây dựng quy trình sản xuất gạo mầm (Gạo GABA) từ gạo lứt Việt Nam. Tạp chí Khoa học và Công nghệ 51, no. 1, 63–71. INTERNATIONAL DIABETES FEDERATION. (N.D.). International Diabetes Federation - Facts & Figures. Retrieved September 16, 2018, from International Diabetes Federation. JOANNE L. SLAVIN ET AL. (1999). Plausible Mechanisms for the Protectiveness of Whole Grains. The American Journal of Clinical Nutrition 70, no. 3 , 459-463. NGUYỄN KIM VŨ, Đ. H. (2003). Sản xuất bột dinh dưỡng từ gạo lứt nảy mầm. Viện Công nghệ sau thu hoạch.