Luận văn Khảo sát các đặc điểm hóa sinh, hóa lý và phân tích chất lượng mùi thơm của gạo nàng thơm chợ đào bằng phương pháp spme – gc

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƢỜNG ĐẠI HỌC NÔNG LÂM TP. HCM BỘ MÔN CÔNG NGHỆ SINH HỌC NGUYỄN THỊ THU HƢƠNG KHẢO SÁT CÁC ĐẶC ĐIỂM HÓA SINH, HÓA LÝ VÀ PHÂN TÍCH CHẤT LƢỢNG MÙI THƠM CỦA GẠO NÀNG THƠM CHỢ ĐÀO BẰNG PHƢƠNG PHÁP SPME – GC Luận văn kỹ sƣ Chuyên ngành: Công Nghệ Sinh Học Thành Phố Hồ Chí Minh Tháng 09/2006 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƢỜNG ĐẠI HỌC NÔNG LÂM TP. HCM BỘ MÔN CÔNG NGHỆ SINH HỌC KHẢO SÁT CÁC ĐẶC ĐIỂM HÓA SINH, HÓA LÝ VÀ PHÂN TÍCH CHẤT LƢỢNG MÙI THƠM CỦA GẠO NÀNG THƠM CHỢ ĐÀO BẰNG PHƢƠNG PHÁP SPME – GC Luận văn kỹ sƣ Chuyên ngành: Công Nghệ Sinh Học Giáo viên hƣớng dẫn Sinh viên thực hiện TS. PHAN PHƢỚC HIỀN (NLU) NGUYỄN THỊ THU HƢƠNG TS. FRÉDÉRIC GAY (CIRAD) KHÓA: 2002 - 2006 TS. CHRISTIAN METRES (CIRAD) Thành Phố Hồ Chí Minh Tháng 09/2006 MINISTRY OF EDUCATION AND TRAINING NONG LAM UNIVERSITY, HCMC DEPARTMENT OF BIOTECHNOLOGY STUDYING THE PHYSICO-CHEMICAL AND BIOCHEMICAL CHARACTERISTICS OF THE NANG THOM CHO DAO RICE VARIETY; AS WELL AS ANALYZING ITS AROMATIC QUALITY UTILIZING THE SPME – GC METHOD Graduation Thesis Major: Biotechnology Research adviser Researcher PHAN PHƢỚC HIỀN (NLU), Ph.D NGUYỄN THỊ THU HƢƠNG FRÉDÉRIC GAY (CIRAD) , Ph.D Term: 2002 - 2006 CHRISTIAN METRES (CIRAD), Ph.D HCMC, 06/2006 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO ĐẠI HỌC NÔNG LÂM TP. HỒ CHÍ MINH BỘ MÔN CÔNG NGHỆ SINH HỌC ************ KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP KHẢO SÁT ĐẶC ĐIỂM HÓA LÝ – HÓA SINH VÀ PHÂN TÍCH CHẤT LƢỢNG MÙI THƠM CỦA GẠO NÀNG THƠM CHỢ ĐÀO BẰNG PHƢƠNG PHÁP SPME - GC Ngành: CÔNG NGHỆ SINH HỌC Niên khóa : 2002 – 2006 Sinh viên thực hiện : NGUYỄN THỊ THU HƢƠNG Thành phố Hồ Chí Minh Tháng 9/2006 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO ĐẠI HỌC NÔNG LÂM TP. HỒ CHÍ MINH BỘ MÔN CÔNG NGHỆ SINH HỌC ************ KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP KHẢO SÁT ĐẶC ĐIỂM HÓA LÝ – HÓA SINH VÀ PHÂN TÍCH CHẤT LƢỢNG MÙI THƠM CỦA GẠO NÀNG THƠM CHỢ ĐÀO BẰNG PHƢƠNG PHÁP SPME - GC Giáo viên hƣớng dẫn: Sinh viên thực hiện: TS. PHAN PHƢỚC HIỀN (NLU) NGUYỄN THỊ THU HƢƠNG TS. FRÉDERÍC GAY (CIRAD) TS. CHRISTIAN MESTRES (CIRAD) Thành phố Hồ Chí Minh Tháng 9/2006 LỜI CẢM ƠN Tôi xin chân thành cảm ơn: - Ban Giám Hiệu trƣờng Đại học Nông Lâm Tp. Hồ Chí Minh đã tạo mọi điều kiện cho tôi trong suốt thời gian học tập. - Các Thầy Cô trong Bộ môn Công nghệ Sinh học cùng các Thầy Cô khác đã luôn tận tình hƣớng dẫn, giảng dạy và giúp đỡ tôi. - TS. Phan Phƣớc Hiền (NLU), TS. Frédéric Gay (CIRAD) và TS. Christian Mestres (CIRAD đã trực tiếp hƣớng dẫn và giúp đỡ tôi trong suốt thời gian thực hiện đề tài tốt nghiệp. - Cô Phùng Võ Cẩm Hồng cùng các anh chị phụ trách phòng Hóa Lý thuộc Trung tâm Phân tích Thí nghiệm Hóa Sinh trƣờng Đại học Nông Lâm. - Bạn Phạm Đình Chƣơng cùng toàn thể các bạn trong lớp CNSH28 đã hỗ trợ, giúp đỡ và động viên tôi trong suốt thời gian làm đề tài. Con thành kính ghi ơn ba mẹ cùng những ngƣời thân trong gia đình luôn tạo điều kiện và động viên con trong suốt quá trình học tập tại trƣờng. Chân thành cảm ơn. Tháng 09 năm 2006 Nguyễn Thị Thu Hƣơng TÓM TẮT NGUYỄN THỊ THU HƢƠNG, Đại Học Nông Lâm Tp. Hồ Chí Minh. Tháng 9/2006. “KHẢO SÁT CÁC ĐẶC ĐIỂM HÓA SINH – HÓA LÝ VÀ PHÂN TÍCH CHẤT LƢỢNG MÙI THƠM CỦA GẠO NÀNG THƠM CHỢ ĐÀO BẰNG PHƢƠNG PHÁP SPME – GC”. Hội đồng hƣớng dẫn: TS. PHAN PHƢỚC HIỀN (NLU) TS. FRÉDÉRIC GAY (CIRAD) TS. CHRISTIAN MESTRES (CIRAD) Nàng Thơm Chợ Đào là giống gạo thơm truyền thống nổi tiếng của khu vực đồng bằng sông Cửu Long. Có nhiều ý kiến cho rằng loại gạo đƣợc gọi là Nàng Thơm Chợ Đào đang đƣợc lƣu hành trên thị trƣờng hiện nay đã bị trộn lẫn với những giống gạo khác, hay thậm chí chúng hoàn toàn không chứa giống gạo Nàng Thơm Chợ Đào. Vì thế, chúng tôi tiến hành tiến hành khảo sát các đặc điểm hóa lý, hàm lƣợng protein, chiết xuất các hợp chất thơm trong gạo Nàng Thơm Chợ Đào bằng phƣơng pháp SPME và phân tích hàm lƣợng hợp chất thơm 2 – acetyl – 1 – pyrroline trên GC để đánh giá độ thuần khiết của gạo Nàng Thơm Chợ Đào đang lƣu hành trên thị trƣờng. Những kết quả đạt đƣợc: Đặc điểm hóa lý – hóa sinh: Nàng Thơm Chợ Đào là loại gạo có dạng hạt mảnh, thuộc nhóm thon dài với chiều dài trung bình 6,10 mm; tỉ lệ dài/rộng 3,27. Diện tích bạc bụng: 35%. Tỉ lệ gạo nguyên so với chiều dài trung bình: 63,12%. Hàm lƣợng protein trong gạo Nàng Thơm Chợ Đào đạt 7,27%. Phân tích chất lượng mùi thơm: Xác định đƣợc hợp chất thơm 2 –acetyl – 1 – pyrroline xuất hiện ở thời điểm 10,1 phút trong điều kiện phòng thí nghiệm. Kết luận đƣợc các loại gạo Nàng Thơm Chợ Đào đang lƣu hành trên thị trƣờng hiện nay không chứa thuần nhất gạo Nàng Thơm Chợ Đào mà có sự pha trộn với các loại gạo khác. Nhận thấy đƣợc vai trò của điều kiện môi trƣờng, điều kiện gieo trồng đối với tính thơm của gạo đặc sản. Gạo NTCD cho phẩm chất mùi thơm cao nhất khi đƣợc gieo trồng ở ấp Chợ Đào, đặc biệt là ở chân ruộng trung bình, đất chứa lƣợng acid nhẹ, và không cần tháo nƣớc trƣớc khi thu hoạch. ABSTRACT NGUYEN THI THU HUONG, Nong Lam Univeristy, HCMC. September, 2006. “Studying the physico-chemical and biochemical characteristics of the Nang Thom Cho Dao rice variety; as well as analyzing its aromatic quality utilizing the Solid Phase Micro Extraction (SPME) and Gas Chromatography (GC) methods” Board of research advisers: PHAN PHUOC HIEN (NLU), PhD FREDERIC GAY (CIRAD), PhD CHRISTIAN MESTRES (CIRAD), PhD Nang Thom Cho Dao, a traditional aromatic rice variety of Mekong Delta with high reputation in South Vietnam, especially on Ho Chi Minh City’s markets. Production of NTCD is restricted to a very small area in Can Duoc district (Long An province) whereas rice labeled NTCD is sold everywhere on HCMc’s markets and across the Mekong Delta with a price twice the price of ordinary rice. Recently, existing many opinions which believe that the NTCD circulated on HCMC market and across the Mekong Delta either gets mixed up with other rice varieties or sometimes does not at all content any NTCD; however, they are sold at the price as twice as the ordinary varieties. Therefore, evaluating the physiochemical characteristics and protein content of the NTCD is necessary. In this study, 2-acteyl-1-pyrroline, one of the most important elements of the rice aroma is analyzed using the SPME – GC methods in order to evaluate the grain aromatic quality in NTCD and confirm rice adulteration. Results obtained from the study: Biochemical and physiochemical characteristics: NTCD is a rice variety with slender grain which belongs to the tapering group with average length of 6,10 mm. Ratio of length/width: 3,27. Chalky areas: 35%. Ratio of the whole rice grain / average length: 63,12%. Protein content: 7,27%. Analysis of the aromatic quality: Identify the aromatic compound of 2 –acetyl – 1 – pyrroline at the 10,1th minute in laboratory condition. Conclude that the NTCD currently circulating on the market is counterfeit because they do not contain the homogeneous NTCD but get mixed up with other varieties instead. Realize the importance of the environment and growing condition to the aromatic characteristics of the NTCD. The most aromatic productivity occurs when it is cultured at Cho Dao hamlet, especially at average field elevation, the lightly acid content and undrained before harvest. MỤC LỤC CHƢƠNG TRANG Trang tựa Lời cảm ơn ............................................................................................................. iii Tóm tắt ................................................................................................................... iv Mục lục ................................................................................................................ viii Danh sách các chữ viết tắt .................................................................................... xii Danh sách các bảng ............................................................................................. xiii Danh sách các hình .............................................................................................. xiv Danh sách các biểu đồ ......................................................................................... xvi Danh sách các sơ đồ ............................................................................................ xvi 1. MỞ ĐẦU ............................................................................................................ 1 1.1. ĐẶT VẤN ĐỀ ............................................................................................. 1 1.2. MỤC ĐÍCH VÀ YÊU CẦU ........................................................................ 2 1.2.1. Mục đích .............................................................................................. 2 1.2.2. Yêu cầu ................................................................................................ 2 2. TỔNG QUAN .................................................................................................... 3 2.1. GIỚI THIỆU CHUNG VỀ HẠT LÚA – HẠT GẠO .................................. 3 2.1.1. Hệ thống phân loại cây lúa .................................................................. 3 2.1.2. Hạt lúa ................................................................................................. 3 2.1.3. Chất lƣợng hạt gạo .............................................................................. 4 2.1.3.1. Hình thức bên ngoài của hạt gạo ............................................. 4 2.1.3.2. Chất lƣợng xay xát .................................................................. 6 2.1.3.3. Hàm lƣợng protein .................................................................. 7 2.2. LÚA THƠM ĐẶC SẢN VIỆT NAM ......................................................... 7 2.3. GIỚI THIỆU VỀ CÂY LÚA NÀNG THƠM CHỢ ĐÀO .......................... 8 2.3.1. Nguồn gốc ........................................................................................... 8 2.3.2. Đặc điểm nông học .............................................................................. 8 2.3.3. Phẩm chất ............................................................................................ 9 2.3.4. Mùa vụ và chân đất phù hợp ............................................................. 10 2.4. NGHIÊN CỨU VỀ HÓA SINH CHẤT THƠM CỦA LÚA GẠO ........... 11 2.4.1. Những hợp chất bay hơi có trong gạo thơm ...................................... 11 2.4.2. Hợp chất thơm 2 – acetyl – 1 – pyrroline ......................................... 13 2.5. CÁC YẾU TỐ MÔI TRƢỜNG VÀ ĐIỀU KIỆN GIEO TRỒNG ẢNH HƢỞNG ĐẾN CHẤT LƢỢNG MÙI THƠM .................................................. 15 2.5.1. Nhiệt độ ............................................................................................. 15 2.5.2. Nơi gieo trồng ................................................................................... 16 2.5.3. Phân bón ............................................................................................ 16 2.5.4. Tập quán gieo trồng........................................................................... 17 2.5.5. Cách bảo quản và xay xát .................................................................. 17 2.6. PHƢƠNG PHÁP VI CHIẾT XUẤT TRÊN PHA RẮN (SPME) ................. 18 2.6.1. Nguyên tắc ......................................................................................... 18 2.6.2. Đặc điểm ........................................................................................... 18 2.6.3. Dụng cụ sử dụng cho kỹ thuật SPME ............................................... 19 2.6.4. Các bƣớc thực hiện trong kỹ thuật vi chiết xuất trên pha rắn ........... 21 2.6.5. Ứng dụng phƣơng pháp SPME trong chiết xuất hợp chất 2 – acetyl – 1 – pyrroline ................................................................................................ 21 2.7. SẮC KÝ KHÍ ................................................................................................ 22 2.7.1. Nguyên tắc ......................................................................................... 22 2.7.2. Sơ đồ thiết bị sắc ký khí .................................................................... 23 2.7.2.1. Detector ................................................................................. 23 2.7.2.2. Cột mao quản ........................................................................ 25 2.8. SẮC KÝ KHÍ GHÉP KHỐI PHỔ ................................................................. 25 2.9. PHƢƠNG PHÁP KJELDAHL...................................................................... 25 3. VẬT LIỆU VÀ PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ..................................... 27 3.1. THỜI GIAN VÀ ĐỊA ĐIỂM TIẾN HÀNH .................................................. 27 3.2. VẬT LIỆU, HÓA CHẤT VÀ THIẾT BỊ ...................................................... 27 3.3. NỘI DUNG NGHIÊN CỨU ......................................................................... 28 3.4. PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ................................................................. 28 3.4.1. Khảo sát đặc điểm hóa lý của gạo Nàng Thơm Chợ Đào ................. 28 3.4.1.1. Hình dạng hạt gạo ................................................................. 28 3.4.1.2. Xác định tỉ lệ bạc bụng ......................................................... 28 3.4.2. Phân tích hàm lƣợng protein tổng số theo phƣơng pháp Kjeldahl .... 29 3.4.3. Chiết xuất hợp chất bay hơi trong gạo thơm bằng phƣơng pháp SPME........................................................................................................... 30 3.4.4. Định tính và định lƣợng hợp chất thơm 2 – AP trong gạo Nàng Thơm Chợ Đào bằng GC và GC/MS ............................................................................. 31 3.4.4.1. Trên sắc ký khí ...................................................................... 31 3.4.4.2. Trên sắc ký khí ghép khối phổ .............................................. 32 3.4.5. Xác định hệ số phản hồi .................................................................... 32 3.4.5.1. Xác định hệ số phản hồi theo chất ngoại chuẩn collidine ..... 32 3.4.5.2. Xác định hệ số phản hồi theo nồng độ hợp chất thơm 2 – AP trong gạo thơm Giano ........................................................................ 33 3.4.6. Xác định nồng độ hợp chất thơm 2 – acetyl – 1 – pyrroline trong gạo Nàng Thơm Chợ Đào .................................................................................. 33 3.4.7. Phƣơng pháp xử lý thống kê ............................................................. 33 4. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN ........................................................................ 34 4.1. HÌNH THỨC BÊN NGOÀI CỦA HẠT GẠO .............................................. 34 4.1.1. Hình dạng và kích thƣớc hạt gạo....................................................... 34 4.1.2. Độ bạc bụng ...................................................................................... 36 4.2. TỈ LỆ GẠO NGUYÊN .................................................................................. 38 4.3. PHÂN TÍCH HÀM LƢỢNG PROTEIN ...................................................... 40 4.4. THIÉT LẬP PHƢƠNG PHÁP SPME – GC ................................................. 41 4.4.1. Xác định thời gian lƣu của chất chuẩn collidine ............................... 41 4.4.2. Định tính hợp chất 2 – acetyl – 1 – pyrroline.................................... 45 4.4.3. Xác định hệ số phản hồi của hợp chất 2 – AP................................... 49 4.4.3.1. Xác định hệ số phản hồi theo nồng độ chất chuẩn collidine . 49 4.4.3.2. Xác định hệ số phản hồi theo nồng độ 2 – AP trong gạo Giano .................................................................................................. 50 4.5. SO SÁNH HÀM LƢỢNG CHẤT THƠM TRONG GẠO NTCĐ THU THẬP TỪ CHỢ VÀ CÁC LOẠI GẠO THƠM ĐƢỢC BÁN Ở THỊ TRƢỜNG CHÂU ÂU ............................................................................................................ 51 4.6. SO SÁNH HÀM LƢỢNG 2 – AP TRONG MẪU GẠO NÀNG THƠM CHỢ ĐÀO THU THẬP TỨ CHỢ VÀ TỪ RUỘNG ........................................... 52 4.7. ĐÁNH GIÁ CÁC YẾU TỐ ẢNH HƢỞNG ĐẾN HÀM LƢỢNG CHẤT THƠM 2 – AP TRONG GẠO NÀNG THƠM CHỢ ĐÀO CHÍNH GỐC .......... 53 5. KẾT LUẬN VÀ ĐỀ NGHỊ ............................................................................ 58 5.1 KẾT LUẬN .................................................................................................... 58 5.1.1. Tính chất hóa lý – hóa sinh của gạo Nàng Thơm Chợ Đào .............. 58 5.1.2. Hàm lƣợng hợp chất thơm 2 – acetyl – 1 – pyrroline trong gạo Nàng Thơm Chợ Đào ............................................................................................ 58 5.2 ĐỀ NGHỊ ....................................................................................................... 58 6. TÀI LIỆU THAM KHẢO .............................................................................. 60 7. PHỤ LỤC ........................................................................................................ 67 Phụ lục 1. Các hợp chất bay hơi có trong gạo thơm ............................................. 67 Phụ lục 2. Bảng thống kê mẫu gạo sử dụng trong phân tích ................................ 68 Phụ lục 3. Khống chế các yếu tố ảnh hƣởng ........................................................ 68 Phụ lục 4. Kết quả đo các chỉ tiêu hóa lý của gạo Nàng Thơm Chợ Đào ............ 71 Phụ lục 5. Sắc ký đồ GC phân tích các chất bay hơi trong gạo Basmati ............. 73 Phụ lục 6. Sắc ký đồ GC phân tích các chất bay hơi trong gạo Thái Lan ............ 73 Phụ lục 7. Sắc ký đồ GC phân tích hợp chất thơm 2 – AP trong mẫu gạo M10 .. 73 Phụ lục 8. Sắc ký đồ GC phân tích hợp chất thơm 2 – AP trong mẫu gạo SM14 74 Phụ lục 9. Nồng độ 2 – AP trung bình trong các mẫu gạo phân tích ................... 74 Phụ lục 10. Sơ đồ các yếu tố ảnh hƣởng đến hàm lƣợng 2 – AP trong gạo NTCĐ ................................................................................................................... 75 Phụ lục 11. Hàm lƣợng 2 – AP trong các mẫu gạo NTIAS ................................ 76 Phụ lục 12. Bảng ANOVA so sánh nồng độ 2 – AP giữa mẫu gạo thu thập từ chợ, mẫu gạo IAS và mẫu gạo VL ............................................................................... 77 DANH SÁCH CÁC CHỮ VIẾT TẮT SPME (Solid Phase Microextraction): vi chiết xuất trên pha rắn FID (Flame ionization detector): đầu dò ion hóa ngọn lửa. GC (Gas chromatography): sắc ký khí. GC/MS (Gas chromatography/mass spectrum): sắc ký khí ghép khối phổ. Ctv: cộng tác viên 2 – AP, AcPy: 2 – acetyl – 1 – pyrroline HPLC (High pressure liquid chromarography): sắc ký lỏng cao áp LC/MS (liquid chromarography/mass spectrum): sắc ký lỏng ghép khối phổ NTCĐ: gạo Nàng Thơm Chợ Đào RF (response factor): hệ số phản hồi DANH SÁCH CÁC BẢNG BẢNG TRANG Bảng 2.1. Phân loại kích thƣớc hạt gạo .................................................................. 4 Bảng 2.2. Phân loại hình dạng hạt gạo ................................................................... 5 Bảng 2.3. Phân loại diện tích bạc bụng .................................................................. 6 Bảng 2.4. Các yếu tố ảnh hƣởng đến việc hình thành và lƣu giữ mùi thơm trong gạo thơm .............................................................................................................. 18 Bảng 3.1. Bảng thống kê số lƣợng mẫu lấy tại các địa điểm .............................. 27 Bảng 4.1. Kết quả thống kê so sánh các chỉ tiêu hình dạng và kích thƣớc hạt gạo của 2 loại mẫu chợ và IAS .................