Luận văn Khảo sát, phân tích và so sánh chất lượng mùi thơm của một số giống lúa thơm trồng ở đồng bằng sông Cửu Long bằng phương pháp spme - Gc

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, PHÂN TÍCH VÀ SO SÁNH CHẤT LƢỢNG MÙI THƠM CỦA MỘT SỐ GIỐNG LÚA THƠM TRỒNG Ở ĐỒNG BẰNG SÔNG CỬU LONG BẰNG PHƢƠNG PHÁP SPME - GC Ngành: CÔNG NGHỆ SINH HỌC Niên khóa : 2003 – 2007 Sinh viên thực hiện : PHẠM MAI THÙY TRANG Thành phố Hồ Chí Minh Tháng 8/2007 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, PHÂN TÍCH VÀ SO SÁNH CHẤT LƢỢNG MÙI THƠM CỦA MỘT SỐ GIỐNG LÚA THƠM TRỒNG Ở ĐỒNG BẰNG SÔNG CỬU LONG BẰNG PHƢƠNG PHÁP SPME - GC Ngành: CÔNG NGHỆ SINH HỌC Niên khóa: 2003 - 2007 Giáo viên hƣớng dẫn: Sinh viên thực hiện: TS. PHAN PHƢỚC HIỀN (NLU) PHẠM MAI THÙY TRANG TS. FRÉDERÍC GAY (CIRAD) Thành phố Hồ Chí Minh Tháng 8/2007 iii 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) 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. - Chị Nguyễn Thị Thu Hƣơng cùng toàn thể các bạn trong lớp CNSH29 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 08 năm 2007 Phạm Mai Thùy Trang iv TÓM TẮT PHẠM MAI THÙY TRANG, Đại Học Nông Lâm Tp. Hồ Chí Minh. Tháng 8/2007. “KHẢO SÁT, PHÂN TÍCH VÀ SO SÁNH CHẤT LƢỢNG MÙI THƠM CỦA MỘT SỐ GIỐNG LÚA THƠM TRỒNG Ở ĐỒNG BẰNG SÔNG CỬU LONG BẰNG PHƢƠNG PHÁP SPME – GC” Hội đồng hƣớng dẫn: TS. PHAN PHƢỚC HIỀN (NLU) TS. FRÉDÉRIC GAY (CIRAD) Hiện nay, các kết quả nghiên cứu về mô tả bản chất của các hợp chất thơm cũng nhƣ so sánh chất lƣợng mùi thơm của các giống lúa thơm ở Việt Nam hiện nay hầu nhƣ không có. Vì vậy, việc nghiên cứu bản chất các hợp chất thơm, sự hình thành các hợp chất thơm, so sánh chất lƣợng mùi thơm của một số giống lúa thơm sẽ hữu ích cho các nhà tạo giống trong việc phát triển các giống lúa thơm mới cũng nhƣ thiết lập nên những đặc điểm đặc trƣng cho các giống lúa thơm, chứng minh đƣợc chất lƣợng cao là công việc rất có ý nghĩa thiết thực. Với những lí do trên, chúng tôi tiến hành khảo sát, phân tích và so sánh chất lƣợng mùi thơm của 4 giống lúa Jasmine, OM3536, ST3, VD20. Đây là những giống đã đƣợc trồng phổ biến ở Đồng bằng sông Cửu Long. Những kết quả đạt đƣợc: Xác định đƣợc hệ số phản hồi của hợp chất thơm 2 – acetyl – 1 – pyrroline là 7834. Xác định đƣợc hợp chất thơm 2 – acetyl – 1 – pyrroline xuất hiện ở thời điểm 9,8 phút trong điều kiện phòng thí nghiệm. Nồng độ 2 – AP có trong lá lúa tăng theo các giai đoạn phát triển của cây lúa và đạt cao nhất khi lúa ở giai đoạn nở hoa, sau đó giảm khi lúa bắt đầu tạo hạt nhƣng vẫn cao hơn so với các giai đoạn tăng trƣởng ban đầu. v Nồng độ 2 – AP có trong hạt lúa tăng theo các giai đoạn hình thành hạt, cao nhất khi hạt lúa ở giai đoạn chín. Giống lúa OM3536 có nồng độ 2 – AP trong lá cao nhất so với 3 giống lúa còn lại, kế đến lần lƣợt theo thứ tự là giống lúa VD20 và Jasmine, ST3 là giống lúa có nồng độ 2 – AP trong lá thấp nhất trong nhóm 4 giống lúa đƣợc phân tích. Jasmine có nồng độ 2 – AP trong hạt cao nhất, OM3536 và ST3 có nồng độ 2 – AP trong hạt xấp xỉ bằng nhau, VD20 có nồng độ 2 – AP trong hạt thấp nhất trong 4 giống lúa thử nghiệm. Nồng độ 2 – AP trong lá lúa thấp hơn rất nhiều (0,014%) so với trong lá dứa. vi ABSTRACT PHAM MAI THUY TRANG, Nong Lam University, HCMC, August, 2007. “STUDYING, ANALYZING AND COMPARING THE AROMATIC QUALITY OF 4 VARIETIES OF RICE: JASMINE, OM3536, ST3 AND VD20, WHICH ARE CULTURED IN CUU LONG RIVER DELTA, WITH EACH OTHER UTILIZING THE SOLID PHASE MICRO EXTRACTION (SPME) AND GAS CHROMATOGRAPHY (GC) METHODS ” Board of research advisers: TS. PHAN PHƢỚC HIỀN (NLU) TS. FRÉDÉRIC GAY (CIRAD) Recently, there are no many studies about the characteristics of aromatic compounds of scented varieties of rice in Viet Nam, as well as compare theirs aromatic quality with each other. So that, studying the characteristics and the generation of aromatic compounds of some aromatic varieties of rice and comparing theirs with each other will be helpful for culturists in developing new aromatic varieties of rice as well as resetting the characteristics and demonstrating the high quality of theirs. For reasons, we studied, analyzed and compared the aromatic quality of 4 varieties of rice: Jasmine, OM3536, ST3 and VD20, which are cultured commonly in Cuu Long River Delta. Results obtained from the study: Identifying the response factor of 2 – acetyl – 1 – pyrroline compound is 7834. Identifying the aromatic compound of 2 – acetyl – 1 – pyrroline appears at 9,8 th minute in laboratory’s condition. vii The concentration of 2 – AP in leaves of rice increase as well as the development of rice and highest in the flowering stage of rice, then descends when grain is generate, but it is higher than the concentration of 2 – AP in the first development stage of rice. The increasing of 2 – AP in grain follows the grain’s generation stages, and is highest when grain is mature. OM3536 variety has the concentration of 2 – AP in leaves highest, comparing with 3 varieties others. ST3 is the variety of rice which has the concentration of 2 – AP in leaves smallest in 4 varieties of rice analyzed. The concentration of 2 – AP in grain is highest in Jasmine, comparing with 3 varieties others. OM3536 and ST3 varieties have 2 – AP concentration in grain is approximately. VD20 variety has 2 – AP concentration in grain is smallest in 4 varieties studied. 2 – AP concentration in leaves of rice is lower many times (0,014%) than 2 – AP concentration in leaves of pandanus. viii 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 ................................................................................................ xvii 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 CÂY LÚA ............................................................ 3 2.1.1. Hệ thống phân loại cây lúa ...................................................................... 3 2.1.2. Đặc điểm sinh thái – sinh học cây lúa ..................................................... 3 2.1.2.1. Hạt lúa và sự nảy mầm ............................................................... 3 2.1.2.2. Lá lúa .......................................................................................... 5 2.1.2.3. Bông lúa ...................................................................................... 6 2.1.3. Đặc điểm sinh trƣởng và phát triển cây lúa ............................................. 8 2.1.3.1. Ba thời kì sinh trƣởng, phát triển của cây lúa .............................. 8 2.1.3.2. Các giai đoạn phát triển của cây lúa ............................................ 8 2.2. LÚA THƠM ĐẶC SẢN VIỆT NAM .............................................................. 9 2.2.1. GIỚI THIỆU VỀ CÁC GIỐNG LÚA JASMINE, OM3536, ST3, VD20 ix ........................................................................................................................... 10 2.2.1.1. Giống lúa OM3536......................................................................... 10 2.2.1.2. Giống lúa Jasmine .......................................................................... 11 2.2.1.3. Giống lúa VD20 ............................................................................. 12 2.2.1.4. Giống lúa ST3 ................................................................................ 12 2.2.2. CÁC NGHIÊN CỨU VỀ HÓA SINH CHẤT THƠM CỦA LÚA GẠO ... ........................................................................................................................... 13 2.2.2.1. Những hợp chất bay hơi có trong gạo thơm ................................... 13 2.2.2.2. Hợp chất thơm 2 – acetyl – 1 – pyrroline...................................... 16 2.3. PHƢƠNG PHÁP VI CHIẾT XUẤT TRÊN PHA RẮN (SPME) ................... 19 2.4. SẮC KÝ KHÍ .................................................................................................. 20 2.5. SẮC KÝ KHÍ GHÉP KHỐI PHỔ ................................................................... 21 3. VẬT LIỆU VÀ PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU .......................................... 22 3.1. THỜI GIAN VÀ ĐỊA ĐIỂM TIẾN HÀNH .................................................... 22 3.2. VẬT LIỆU, HÓA CHẤT VÀ THIẾT BỊ ........................................................ 22 3.3. NỘI DUNG NGHIÊN CỨU ........................................................................... 23 3.4. PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ................................................................... 23 3.4.1. Phƣơng pháp trồng lúa ........................................................................... 23 3.4.2. Chiết xuất hợp chất bay hơi trong gạo thơm bằng phƣơng pháp SPME .......................................................................................................................... 24 3.4.2.1. Dụng cụ sử dụng cho kĩ thuật SPME ............................................. 24 3.4.2.2. Các bƣớc thực hiện trong kĩ thuật vi chiết xuất trên pha rắn ......... 26 3.4.2.3. Ứng dụng phƣơng pháp SPME trong chiết xuất hợp chất 2 – acetyl – 1 – pyrroline ............................................................................................. 27 3.4.3. Định tính và định lƣợng hợp chất thơm 2 – AP có trong lá và hạt lúa bằng GC và GC/MS ......................................................................................... 29 3.4.3.1. Sơ đồ thiết bị sắc kí khí .................................................................. 30 3.4.3.2. Detector .......................................................................................... 31 3.4.3.3. Cột mao quản ................................................................................. 32 3.4.4. Xác định hệ số phản hồi của 2 - AP ...................................................... 34 x 3.4.5. Xác định nồng độ hợp chất thơm 2 – acetyl – 1 – pyrroline trong lá lúa và trong hạt lúa ................................................................................................. 34 3.4.6. Phƣơng pháp xử lý thống kê .................................................................. 34 4. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN ............................................................................ 35 4.1. XÁC ĐỊNH HỆ SỐ PHẢN HỒI CỦA 2 - AP ................................................ 35 4.2. ĐỊNH TÍNH HỢP CHẤT 2- ACETYL – 1 – PYRROLINE .......................... 40 4.3. KHẢO SÁT VÀ SO SÁNH HÀM LƢỢNG 2 – AP CÓ TRONG CÂY LÚA QUA CÁC THỜI KÌ PHÁT TRIỂN CỦA CÂY LÚA Ở 4 GIỐNG LÚA: JASMINE, OM3536, ST3, VD20 .......................................................................... 47 4.3.1. Khảo sát sự biến đổi hàm lƣợng 2 – AP ở cây lúa qua các thời kì tăng trƣởng ................................................................................................................ 47 4.3.2. So sánh hàm lƣợng 2 – AP qua các thời kì sinh trƣởng, phát triển của cây lúa ở 4 giống Jasmine, OM3536, ST3, VD20 .................................................. 50 4.4. SO SÁNH HÀM LƢỢNG 2 – AP CÓ TRONG LÁ LÚA VÀ LÁ DỨA ...... 51 5. KẾT LUẬN VÀ ĐỀ NGHỊ ................................................................................. 54 5.1 KẾT LUẬN ...................................................................................................... 54 5.1.1. Định tính 2 - AP ..................................................................................... 54 5.1.2. Phân tích hàm lƣợng 2 – AP có trong lá và trong hạt của 4 giống lúa Jasmine, OM3536, ST3, VD20 ........................................................................ 54 5.2 ĐỀ NGHỊ ......................................................................................................... 55 6. TÀI LIỆU THAM KHẢO .................................................................................. 56 7. PHỤ LỤC ............................................................................................................. 64 Phụ lục 1. Các hợp chất bay hơi có trong gạo thơm ................................................. 64 Phụ lục 2. Khống chế các yếu tố ảnh hƣởng ............................................................. 65 Phụ lục 3. Sắc ký đồ phân tích hợp chất 2 – AP có trong lá của giống lúa Jasmine ................................................................................................................................... 68 Phụ lục 4. Sắc ký đồ GC phân tích hợp chất 2 – AP có trong lá của giống lúa OM3536 .................................................................................................................... 68 Phụ lục 5. Sắc ký đồ GC phân tích hợp chất 2 – AP có trong lá của giống lúa ST3 ................................................................................................................................... 69 xi Phụ lục 6. Sắc ký đồ GC phân tích hợp chất thơm 2 – AP có trong lá của giống lúa VD20 ......................................................................................................................... 69 Phụ lục 7. Sắc ký đồ GC phân tích hợp chất thơm 2 – AP có trong hạt của giống lúa Jasmine ..................................................................................................................... 70 Phụ lục 8. Sắc ký đồ GC phân tích hợp chất 2 – AP có trong hạt của giống lúa OM3536 ................................................................................................................... 70 Phụ lục 9. Sắc ký đồ GC phân tích hợp chất 2 – AP có trong hạt của giống lúa ST3 ................................................................................................................................... 71 Phụ lục 10. Sắc ký đồ GC phân tích hàm lƣợng 2 – AP có trong hạt của giống lúa VD20 ......................................................................................................................... 71 Phụ lục 11. Sắc ký đồ GC phân tích hàm lƣợng 2 – AP có trong lá dứa .................. 72 Phụ lục 12. Sắc ký đồ GC phân tích chất chuẩn tetradecane .................................... 72 Phụ lục 13. Sắc ký đồ GC phân tích pentanol và hexanal ........................................ 73 Phụ lục 14. Sắc ký đồ GC phân tích chất chuẩn collidine, octanol, nonanal, decanal, hexanol ...................................................................................................................... 73 Phụ lục 15. Sắc ký đồ GC/MS phân tích mẫu gạo Jasmine ...................................... 74 xii 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 CS: cộng sự 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 RF (response factor): hệ số phản hồi OM: Ô Môn ST: Sóc Trăng IRRI (International Rice Research Institute): Viện nghiên cứu lúa gạo quốc tế FAO (Food and Agriculture Organization): Tổ chức lƣơng thực và nông nghiệp quốc tế TCD (Thermal Conductivity Detector): đầu dò dẫn nhiệt ECD (Electron Capture Detector): đầu dò cộng kết điện tử PDMS: Polydimethylsiloxane DVB: Divinylbenzene DI (Direct immersion): Nhúng trực tiếp xiii DANH SÁCH CÁC BẢNG BẢNG TRANG Bảng 2.1 Các yếu tố ảnh hƣởng đến việc hình thành và lƣu giữ mùi thơm có trong gạo thơm (nguồn Singh và ctv, 2000) ....................................................................... 19 Bảng 4.1. Hệ số phản hồi của 8 chất chuẩn .............................................................. 35 Bảng 4.2. Thời gian lƣu (phút) của 8 chất chuẩn khi phân tích trên máy GC thực hiện năm 2007 và năm 2006 (Nguyễn Thị Thu Hƣơng) .......................................... 40 Bảng 4.3. Thời gian lƣu của hexanal, 2 – AP, nonanal khi phân tích trên GC/MS do Nguyễn Thị Thu Hƣơng thực hiện ............................................................................ 42 Bảng 4.4. Thời gian lƣu của hexanal và nonanal khi phân tích trên máy GC/MS và GC ............................................................................................................................. 44 Bảng 4.5. Thời gian lƣu của hexanal, 2 – AP, nonanal khi phân tích trên 2 hệ thống GC/MS và GC ........................................................................................................... 47 Bảng 4.6. Nồng độ 2 – AP theo các thời kỳ tăng trƣởng của lúa ở 4 giống Jasmine, OM3536, ST3, VD20 ............................................................................................... 47 Bảng 4.7. Nồng độ 2 – AP trong hạt lúa qua các giai đoạn phát triển của hạt ......... 48 Bảng 4.8. Nồng độ 2 – AP có trong lá dứa và trong lá của 4 giống lúa Jasmine, OM3536, ST3, VD20 ................................................................................................ 52 xiv DANH SÁCH CÁC HÌNH HÌNH TRANG Hình 2.1. Hạt lúa ......................................................................................................... 4 Hình 2.2. Cấu trúc hóa học của 2 – AP ..................................................................... 16 Hình 2.3. Phổ đồ hợp chất 2 – acetyl – 1 – pyrroline ............................................... 16 Hình 3.1. Cấu tạo sợi chiết dùng trong kỹ thuật SPME ............................................ 24