BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC CẦN THƠ

LÊ THỊ KIM LOAN
MSNCS: P0915011

KHẢO SÁT MƯỜI GIỐNG LÚA ĐẶC SẢN
(Oryza sativa L.) DÙNG LÀM NGUYÊN LIỆ
U CHẾ BIẾN BÁNH MÌ KHÔNG GLUTEN

NGÀNH CÔNG NGHỆ SINH HỌC
Mã ngành: 62 42 02 01

NGƯỜI HƯỚNG DẪN
GS. TS. NGUYỄN MINH THỦY

2022


Báo cáo luận án tiến sĩ

Trường Đại học Cần Thơ

LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan luận án này là công trình nghiên cứu khoa học thực sự
của bản thân tơi được sự hướng dẫn của người hướng dẫn.
Các thông tin được sử dụng tham khảo trong đề tài luận án được thu thập
từ các nguồn đáng tin cậy, đã được kiểm chứng, được cơng bố rộng rãi và được
tơi trích dẫn nguồn gốc rõ ràng ở phần Danh mục Tài liệu tham khảo. Các kết
quả nghiên cứu được trình bày trong luận án này là do chính tơi kết hợp với
nhóm nghiên cứu thực hiện một cách nghiêm túc, trung thực và không trùng lắp

với các đề tài khác đã được công bố trước đây.
Tôi xin lấy danh dự và uy tín của bản thân để đảm bảo cho lời cam đoan
này.
Cần Thơ, ngày 17 tháng 1 năm 2022
Cán bộ hướng dẫn

Nghiên cứu sinh

GS. TS Nguyễn Minh Thủy

Ngành Công nghệ Sinh học

Lê Thị Kim Loan

vii

Viện NC & PT Công nghệ Sinh học


Báo cáo luận án tiến sĩ

Trường Đại học Cần Thơ

MỤC LỤC
LỜI CẢM ƠN
TÓM TẮT
ABSTRACT
LỜI CAM ĐOAN
MỤC LỤC
DANH SÁCH BẢNG

DANH SÁCH HÌNH
DANH SÁCH TỪ VIẾT TẮT
Chương 1: GIỚI THIỆU
1.1

Đặt vấn đề ..............................................................................................................

1.2

Mục tiêu nghiên cứu...............................................................................................

1.3

Đối tượng và phạm vi nghiên cứu..........................................................................

1.4

Nội dung nghiên cứu ..............................................................................................

1.5

Ý nghĩa của luận án ................................................................................................

1.5.1

Ý nghĩa khoa học ........................................................................

1.5.2

Ý nghĩa thực tế ............................................................................


1.6 Những điểm mới của luận án .................................................................................
Chương 2: TỔNG QUAN TÀI LIỆU
2.1

Tổng quan về lúa ....................................................................................................

2.1.1

Giới thiệu chung ..........................................................................

2.1.2

Đặc điểm cơ bản của các giống lúa nghiên cứu..........................

2.1.3

Giá trị dinh dưỡng của hạt gạo...................................................

2.2

Các chỉ tiêu năng suất và chất lượng....................................................................

2.2.1

Các chỉ tiêu năng suất ...............................................................

2.2.2

Các chỉ tiêu chất lượng ..............................................................


2.3

Dấu chỉ thị ............................................................................................................

2.3.1

Chỉ thị hình thái..........................................................................

2.3.2

Chỉ thị phân tử............................................................................

2.4

Bánh mì khơng gluten ..........................................................................................

2.4.1

Ngành Công nghệ Sinh học

Bệnh celiac ................................................................................

viii

Viện NC & PT Công nghệ Sinh học


Báo cáo luận án tiến sĩ


Trường Đại học Cần Thơ

2.4.2 Gluten......................................................................................................................... 21
2.4.3 Các thành phần được sử dụng để cải thiện chất lượng bánh mì khơng gluten . 22

2.5 Tình hình nghiên cứu trong và ngồi nước.............................................................. 30
2.5.1 Một số cơng trình nghiên cứu chọn giống lúa dựa vào hàm lượng amylose và
anthocyanin.......................................................................................................................... 30
2.5.2 Kết quả các cơng trình nghiên cứu về bánh mì khơng gluten ........................... 32
2.6 Trích ly protein và anthocyanin trong cám gạo....................................................... 36
2.6.1 Protein cám gạo......................................................................................................... 36
2.6.2 Anthocyanin............................................................................................................... 37
2.7 Tối ưu hóa bằng phương pháp bề mặt đáp ứng (RSM).......................................... 40
Chương 3: PHƯƠNG TIỆN VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

42

3.1 Phương tiện nghiên cứu.............................................................................................. 42
3.1.1 Thời gian và địa điểm............................................................................................... 42
3.1.2 Nguyên vật liệu......................................................................................................... 42
3.1.3 Thiết bị và dụng cụ................................................................................................... 43
3.1.4 Hóa chất, enzyme...................................................................................................... 43
3.2 Phương pháp nghiên cứu............................................................................................ 44
3.2.1 Phương pháp phân tích và đo đạc các chỉ tiêu..................................................... 44
3.2.2 Phương pháp xử lý kết quả...................................................................................... 46
3.3 Nội dung nghiên cứu................................................................................................... 47
3.3.1 Nội dung nghiên cứu................................................................................................ 47
3.3.2 Bố trí thí nghiệm....................................................................................................... 47
Chương 4: KẾT QUẢ THẢO LUẬN


67

4.1 Chọn giống lúa có hàm lượng anthocyanin, protein cao và amylose thấp .........67
4.1.1 Sử dụng dấu phân tử kết hợp với phương pháp hóa học để xác định giống lúa
có hàm lượng amylose thấp, protein và anthocyanin cao từ 10 giống lúa nghiên cứu
67
4.1.2 Xác định chỉ số diệp lục tố và thời gian sinh trưởng, năng suất, chất lượng của
10 giống lúa nghiên cứu được trồng trong nhà lưới...................................................... 72
Chỉ số diệp lục (SPAD)..................................................................................................... 73
4.1.3 Trồng khảo nghiệm các giống lúa có hàm lượng amylose thấp, protein và
anthocyanin cao ngồi đồng.............................................................................................. 80

Ngành Cơng nghệ Sinh học

ix

Viện NC & PT Công nghệ Sinh học


Báo cáo luận án tiến sĩ

Trường Đại học Cần Thơ

4.1.4 Khảo sát sự biến đổi các hợp chất anthocyanin, protein, amylose và một số tính
chất vật lý của hạt trong 12 tháng bảo quản................................................................... 82

4.2 Xây dựng quy trình sản xuất bánh mì khơng gluten.............................................. 90
4.2.1 Tối ưu hóa q trình kết hợp của bột gạo, bột bắp, bột đậu nành và tinh bột
khoai tây để nâng cao chất lượng bánh mì..................................................................... 90
4.2.2 Tối ưu hóa khả năng kết hợp của HPMC, nước, nấm men, maltodextrin và thời

gian lên men để nâng cao chất lượng bánh mì............................................................. 100

4.2.3 Đánh giá chất lượng của bánh mì khơng gluten................................................ 109
4.3 Áp dụng công nghệ sinh học (sử dụng enzyme, vi khuẩn lactic, gạo mầm, chiết
xuất các hợp chất sinh học có trong cám gạo) vào quy trình sản xuất bánh mì khơng
gluten nhằm nâng cao chất lượng và giá trị sinh học của bánh. ............................... 110
4.3.1 Sử dụng loại và lượng enzyme thích hợp để nâng cao chất lượng của bánh mì
khơng gluten...................................................................................................................... 110
4.3.2 Chiết xuất các hợp chất có hoạt tính sinh học cao có trong cám gạo (protein,
anthocyanin) bổ sung vào quy trình sản xuất bánh mì nhằm gia tăng giá trị sinh học
của sản phẩm..................................................................................................................... 122
4.3.3 Nâng cao giá trị dinh dưỡng và hàm lượng các chất có hoạt tính sinh học trong
bánh mì khơng gluten từ nguồn ngun liệu gạo mầm.............................................. 137
4.3.4 Sử dụng vi khuẩn lacticđể nâng cao cấu trúc và giá trị cảm quan sản phẩm bánh
mì khơng gluten................................................................................................................ 167

4.3.5 So sánh chất lượng các sản phẩm tối ưu của quy trình sản xuất bánh mì khơng
gluten có sử dụng protein, anthocyanin được chiết xuất từ cám gạo cẩm; các enzyme
β-amylase, protease, TGase; gạo mầm; vi khuẩn lactic............................................. 169
4.3.6 Đánh giá chất lượng và khảo sát sự chấp nhận của người tiêu dùng đối với sản
phẩm bánh mì khơng gluten........................................................................................... 172

4.3.7 Sử dụng bột khoai tây kết hợp với bột lá gai sấy thăng hoa để cải thiện chất
lượng của bánh mì khơng gluten.................................................................................... 175
Chương 5: KẾT LUẬN VÀ ĐỀ XUẤT

184

5.1 Kết luận....................................................................................................................... 184
5.2 Đề xuất......................................................................................................................... 185

TÀI LIỆU THAM KHẢO

186

DANH MỤC CƠNG TRÌNH

222

PHỤ LỤC A: HÌNH ẢNH

224

PHỤ LỤC B: PHƯƠNG PHÁP XÁC ĐỊNH THÀNH PHẦN HÓA HỌC

230

PHỤ LỤC C: XÁC ĐỊNH CÁC THÔNG SỐ VẬT LÝ

238

Ngành Công nghệ Sinh học

x

Viện NC & PT Công nghệ Sinh học


Báo cáo luận án tiến sĩ

PHỤ LỤC D: XÁC ĐỊNH CHỈ TIÊU VI SINH VẬT

PHỤ LỤC E: CÁC CHỈ TIÊU THEO DÕI KHI ĐÁNH GIÁ LÚA TRONG NHÀ
LƯỚI VÀ NGOÀI ĐỒNG
PHỤ LỤC F: CÁC CÔNG VIỆC CHUẨN BỊ
PHỤ LỤC G: BẢNG MÔ TẢ SẢN PHẨM THEO TCVN 3215:79
PHỤ LỤC H: PHÂN TÍCH THỐNG KÊ
PHỤ LỤC I: BẢNG SỐ LIỆU CÁC YẾU TỐ VỀ NHIỆT ĐỘ, ÁNH SÁNG VÀ ĐỘ
ẨM TRONG TRẠI THỰC NGHIỆM
PHỤ LỤC J: KẾT QUẢ PHÂN TÍCH KIỂM TRA MẪU GẠO MẦM VÀ BÁNH
MÌ

Ngành Cơng nghệ Sinh học

xi

Viện NC & PT Công nghệ Sinh học


Báo cáo luận án tiến sĩ

Trường Đại học Cần Thơ

Chương 1: GIỚI THIỆU
1.1 Đặt vấn đề
Lúa là cây lương thực quan trọng, là nguồn thực phẩm chủ yếu cho hơn
hai phần ba dân số thế giới. Ngày nay, cùng với sự phát triển của kinh tế, xã hội
thì nhu cầu thị hiếu của con người cũng thay đổi. Gạo không chỉ để ăn no mà
cịn phải có giá trị dinh dưỡng cao. Chất lượng hạt gạo là một yếu tố quan trọng
có ảnh hưởng lớn đến giá trị thương phẩm và sự chấp nhận của người tiêu dùng
(Demont et al., 2012).
Hàm lượng amylose được xem là tiêu chí quan trọng nhất ảnh hưởng đến

chất lượng của gạo trong quá trình chế biến (Juliano, 1971). Hàm lượng này
hiện diện có ảnh hưởng đến độ dẻo, sự kết dính, màu sắc và độ bóng của hạt khi
nấu chín (Cruz and Khush, 2000). Đồng thời thành phần này cũng là một yếu tố
quyết định đến giá trị của hạt gạo trên thị trường (Larkin et al., 2003) và là một
trong những thông số quan trọng để phân loại chất lượng của các giống lúa
(Juliano, 1985).
Ngồi amylose, protein là thành phần hóa học chính ảnh hưởng đến giá trị
dinh dưỡng của hạt gạo. Hàm lượng protein trong hạt gạo càng cao thì giá trị
dinh dưỡng càng nhiều. Mặc dù, hàm lượng protein trong gạo phổ biến hiện nay
chỉ chiếm khoảng từ 7 - 8%, nhưng đây lại là nguồn cung cấp protein chính cho
con người, đặc biệt là người dân ở các nước châu Á, trong đó có Việt Nam
(Jennings et al., 1979). Cải tiến giống lúa có hàm lượng protein cao trong
những năm gần đây rất được quan tâm (Nguyễn Ngọc Đệ, 2008).
Bên cạnh giá trị dinh dưỡng và chất lượng thì tính dược liệu của nguyên
liệu và sản phẩm thực phẩm đang được con người rất quan tâm. Trong gạo đen,
vỏ quả có chứa hàm lượng anthocyanin cao (Saito et al., 2004). Anthocyanin
thuộc nhóm flavonoid nên có khả năng chống oxy hóa, chống lại tia UV, mầm
bệnh và côn trùng (Zhang et al., 2013). Các thử nghiệm trên động vật cho thấy
hợp chất chống oxy hóa này giúp bảo vệ động mạch và ngăn ngừa sự phá hủy
của DNA hạn chế sự phát triển tế bào ung thư. Ngoài ra, anthocyanin được sử
dụng làm chất màu tự nhiên trong thực phẩm.
Dấu phân tử cung cấp cơ hội mới cho việc nhận dạng từng vùng gen cụ
thể để giúp phát triển các chương trình nhân giống thích hợp (Palanga et al.,
2016). Sử dụng dấu phân tử cho phép ứng dụng rộng rãi DNAvào chọn giống
với độ chính xác cao và khách quan. Trong số các dấu phân tử, SSR đã được
chứng minh đặc biệt có giá trị và được sử dụng tốt trên lúa vì bộ gen lúa có
trình tự lặp cao, locus đặc hiệu, dễ sử dụng và hàm lượng thông tin nhiều

Ngành Công nghệ Sinh học


1

Viện NC & PT Công nghệ Sinh học


Báo cáo luận án tiến sĩ

Trường Đại học Cần Thơ

(Rathi and Sarma, 2012). Ngồi ra, cịn có các dấu phân tử đặc trưng khác được
nghiên cứu phù hợp cho cho từng cặp tính trạng như CAPS, Indel (Lim et al.,
2013).
Sử dụng dấu phân tử kết hợp với phương pháp hóa học để tuyển chọn
giống lúa có hàm lượng amylose thấp và anthocyanin, protein cao là công việc
quan trọng cần thực hiện để tìm nguồn nguyên liệu tốt để tạo ra các sản phẩm
thực phẩm có chất lượng cao.
Bánh mì là một trong những sản phẩm thực phẩm được sử dụng phổ biến
hiện nay ở các quốc gia khác nhau, trong đó có Việt Nam. Tuy nhiên, một số
người khơng hấp thu được lượng gluten trong bột mì,nếu sử dụng gluten sẽ dẫn
đến tổn thương ruột gây ra bệnh celiac (Arentz-Hansen et al., 2004; Ludvigsson
et al., 2014). Các bệnh nhân bị bệnh celiac thường hấp thu protein và chất xơ
thấp (Thompson, 2000). Do đó, nghiên cứu sản xuất bánh mì khơng gluten và
tăng cường giá trị dinh dưỡng của sản phẩm là một chủ đề mới đang thu hút sự
chú ý trên toàn thế giới. Trong các loại bột, bột gạo là loại ngũ cốc khơng gluten
có nhiều ưu điểm để lựa chọn thay thế bột mì do bột gạo có hương thơm nhẹ,
hàm lượng natri thấp, carbohydrate dễ tiêu hóa và không gây dị ứng. Tuy nhiên,
bột gạo không thể hình thành một mạng lưới có tính chất tương tự như gluten.
Nguyên nhân là trong gạo các protein dự trữ chủ yếu là glutelin (65-85%), trong
khi prolamin chiếm một phần nhỏ nên khơng hình thành được gluten (Gujral
and Rosell, 2004a). Tùy theo loại gạo mà chất lượng bánh mì được tạo thành

khác nhau. Aoki et al. (2010) cho rằng gạo có hàm lượng amylose cao (26%) và
nhiệt độ hồ hóa cao làm cho bánh mì cứng gấp 1,3 - 1,4 lần. Ngược lại bột gạo
có hàm lượng amylose và nhiệt độ hồ hóa thấp sẽ cho bánh mì có chất lượng và
thể tích tốt.
Bánh mì khơng gluten có hàm lượng vitamin, sắt, protein và chất xơ rất
kém nhưng nhu cầu về sản xuất bánh mì khơng gluten chất lượng cao ngày càng
tăng. Sử dụng vi khuẩn lactic được gợi ý là một giải pháp tốt để sản xuất bánh
mì khơng gluten đạt chất lượng tốt (Moroni et al., 2009). Bột gạo nảy mầm
cũng được sử dụng làm thực phẩm chức năng trong sản xuất bánh mì do chứa
hàm lượng các hợp chất có hoạt tính sinh học như flavonoid, phenolic, đặc biệt
là GABA (Charoenthaikij et al., 2010a, b). Để cải thiện chất lượng của bánh mì
khơng gluten, bổ sung enzyme vào bột nhào giúp rút ngắn thời gian lên men,
tăng cơ chất cho quá trình lên men là cần thiết. Enzyme thường được bổ sung
để thay đổi trạng thái của bột nhào, tăng khả năng giữ khí, cải thiện cấu trúc và
làm giảm sự hình thành acrylamide trong các sản phẩm bánh mì (Dangeet al.,
2018).

Ngành Cơng nghệ Sinh học

2

Viện NC & PT Công nghệ Sinh học


Báo cáo luận án tiến sĩ

Trường Đại học Cần Thơ

Bột gạo mầm được sử dụng làm thực phẩm chức năng trong sản xuất bánh
mì do chứa các hợp chất có hoạt tính sinh học cao và các chất chống oxy hố

(Cáceres et al., 2014). Trong q trình nảy mầm tạo ra 1 lượng lớn α-amylase
có tác dụng thay đổi các đặc tính lý, hóa học của bột nhão, cải thiện cấu trúc
ruột bánh, tăng lượng khí trong q trình lên men và làm chậm q trình đóng
bánh (Charoenthaikij et al., 2010b; Watanabe et al., 2004).
Một trong những phương pháp cải tiến chất lượng của bành mì khơng
gluten là sử dụng bột nhào chua để tạo ra một sản phẩm thực phẩm chức năng.
Chức năng này chủ yếu là do vi khuẩn lactic tạo ra (Moroni et al., 2009). Ngoài
ra, chiết xuất protein, anthocyanin trong cám gạo cẩm bổ sung vào thành phần
nhập liệu nhằmcải thiện chất lượng của bánh mì khơng gluten.
Chọn giống lúa có các tính trạng phù hợp, chất lượng cao dựa vào dấu
phân tửkết hợp với phương pháp hóa học, sinh học để ứng dụng trong sản xuất
bánh mì khơng gluten là vấn đề cần được thực hiện nhằm tạo ra một sản phẩm
quen thuộc,giàu giá trị dinh dưỡng cho mọi đối tượng, đặc biệt là người bị bệnh
celiac.
1.2 Mục tiêu nghiên cứu
Mục tiêu chung:
Chọn giống lúa có hàm lượng anthocyanin, protein cao (>8%) và amylose
thấp (<20%) cùng với công nghệ sinh học để tạo ra một sản phẩm bánh mì
khơng gluten đạt chất lượng tốt.
Mục tiêu cụ thể:
Chọn được giống lúa có chứa hàm lượng anthocyanin cao, protein cao
(>8%), amylose thích hợp (<20%) dựa vào dấu phân tử và phương pháp hóa
học.
Xây dựng quy trình sản xuất bánh mì khơng gluten với cơng thức tối ưu từ
tỷ lệ các loại bột, loại và lượng chất keo, tỷ lệ nước, tỷ lệ nấm men và thời gian
lên men.
Tạo ra được sản phẩm bánh mì khơng gluten giàu giá trị dinh dưỡng, giá
trị sinh học với các hợp chất như GABA, polyphenol, anthocyanin và đảm bảo
các tiêu chuẩn về an toàn thực phẩm, sản phẩm được đánh giá thị hiếu người
tiêu dùng.


Ngành Công nghệ Sinh học

3

Viện NC & PT Công nghệ Sinh học


Báo cáo luận án tiến sĩ

Trường Đại học Cần Thơ

1.3 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu
Mười giống lúa đặc sản được chọn và trồng tại nhà lưới trường Đại học
Tiền Giang và ruộng lúa ở Cai Lậy, Tiền Giang. Lúa được chọn làm thí nghiệm
thu hoạch, xay, xát tại Phịng Thí nghiệm của cơng ty lương thực Tiền Giang.
Bánh mì khơng gluten được thực hiện tại Bộ mơn Cơng nghệ Thực phẩm,
Khoa Nông nghiệp, Trường Đại học Cần Thơ; Bộ môn Công nghệ Thực phẩm,
Trường Đại học Tiền Giang.
Phạm vi về nội dung: Sử dụng giống lúa có hàm lượng anthocyanin,
protein cao và amylose thấp để nghiên cứu tạo ra sản phẩm bánh mì khơng
gluten đạt chất lượng tốt phù hợp cho mọi đối tượng đặc biệt là người bị bệnh
celiac.
1.4 Nội dung nghiên cứu
Nội dung 1: Kết hợp dấu phân tử với phương pháp hóa học để chọn giống
lúa chứa hàm lượng anthocyanin, protein cao và amylose thấp.
Nội dung 1.1: Sử dụng dấu phân tử kết hợp với phương pháp hóa học để
xác định giống lúa có hàm lượng amylose thấp, protein và anthocyanin cao từ
10 giống lúa nghiên cứu
Nội dung 1.2: Xác định thời gian tăng trưởng, các thành phần năng suất và

năng suất, đánh giá chất lượng của 10 giống lúa nghiên cứu được trồng trong
nhà lưới
Nội dung1.3: Trồng khảo nghiệm các giống lúa phù hợp với điều kiện
trồng ngoài đồng ở huyện Cai Lậy, tỉnh Tiền Giang
Nội dung1.4: Khảo sát sự biến đổi các hợp chất anthocyanin, protein,
amylose và một số tính chất vật lý của hạt trong 12 tháng bảo quản
Nội dung 2: Khảo sát các yếu tố ảnh hưởng đến cấu trúc và giá trị cảm
quan của sản phẩm bánh mì khơng gluten được nghiên cứu từ nguồn nguyên
liệu gạo Cẩm Cai Lậy.
Nội dung 2.1: Tối ưu hóa q trình kết hợp của bột gạo, bột bắp, tinh bột
khoai tây và đậu nành để nâng cao thể tích riêng và giá trị cảm quan của bánh
mì
Nội dung 2.2: Tối ưu hóa q trình kết hợp của HPMC, maltodextrin,
nước, nấm men, thời gian lên men ảnh hưởng đến thể tích riêng và giá trị cảm
quan của sản phẩm bánh mì khơng gluten

Ngành Cơng nghệ Sinh học

4

Viện NC & PT Công nghệ Sinh học


Báo cáo luận án tiến sĩ

Trường Đại học Cần Thơ

Nội dung 3: Áp dụng công nghệ sinh học (sử dụng enzyme, vi khuẩn
lactic, gạo mầm, chiết xuất các hợp chất sinh học có trong cám gạo) vào quy
trình sản xuất bánh mì khơng gluten nhằm nâng cao chất lượng và giá trị sinh

học của bánh.
Nội dung 3.1: Sử dụng loại và lượng enzyme thích hợp để nâng cao chất
lượng và giá trị sinh học của bánh mì khơng gluten
Nội dung 3.2: Chiết xuất các hợp chất có hoạt tính sinh học cao có trong
cám gạo (protein, anthocyanin) bổ sung vào quy trình sản xuất bánh mì nhằm
gia tăng giá trị sinh học của sản phẩm
Nội dung 3.3: Nâng cao giá trị dinh dưỡng và hàm lượng các chất có hoạt
tính sinh học trong bánh mì khơng gluten từ nguồn ngun liệu gạo mầm
Nội dung 3.4: Sử dụng vi khuẩn lactic để nâng cao cấu trúc và giá trị cảm
quan sản phẩm bánh mì khơng gluten
Nội dung 3.5: So sánh chất lượng các sản phẩm tối ưu của nội dung 3.1,
3.2, 3.3, 3.4
Nội dung 3.6: Sử dụng bột khoai tây kết hợp với bột lá gai sấy thăng hoa
để cải thiện chất lượng của bánh mì khơng gluten.
1.5 Ý nghĩa của luận án
1.5.1 Ý nghĩa khoa học
Kết quả nghiên cứu được công bố từ luận án đã cung cấp thông tin về khả
năng sử dụng dấu phân tử để đánh giá giống lúa có chứa hàm lượng protein cao,
amylose thấp;
Áp dụng mơ hình tối ưu hóa để xác định các thơng số trong quy trình sản
xuất gạo cẩm nảy mầm, đây là nguồn nguyên liệu giàu các hợp chất sinh học
như anthocyanin, protein, GABA để chế biến bánh mì khơng gluten;
Kết quả thu nhận cho thấy sản phẩm đạt chất lượng cao khi sử dụng các
loại enzyme, vi khuẩn lactic, chiết xuất các hợp chất sinh học trong cám gạo
cẩm nhằm tạo ra hướng đi mới cho ngành công nghệ sinh học và công nghệ
thực phẩm;
Đây cũng là nguồn tài liệu quý phục vụ cho công tác nghiên cứu, học tập
và giảng dạy.

Ngành Công nghệ Sinh học


5

Viện NC & PT Công nghệ Sinh học


Báo cáo luận án tiến sĩ

Trường Đại học Cần Thơ

1.5.2 Ý nghĩa thực tế
Kết quả nghiên cứu đã xác định được dấu phân tử để chọn giống lúa có
chứa hàm lượng protein cao, amylose thấp và loại bao bì thích hợp để bảo quản
lúa.
Ngồi ra, các quy trình sản xuất bánh mì khơng gluten đơn giản, dễ thực
hiện ở quy mơ hộ gia đình hay cơng nghiệp. Đồng thời, sử dụng nguồn enzyme
sẵn có trong bột khoai tây, bột lá gai sấy thăng hoa để tạo ra sản phẩm bánh mì
khơng gluten có chất lượng cao, an tồn cho người sử dụng.
1.6 Những điểm mới của luận án
Nghiên cứu đã đánh giá được đặc điểm nông học và chất lượng của 10
giống lúa đặc sản được trồng tại tỉnh Tiền Giang. Trong đó, giống lúa cẩm Cai
Lậy và D13 có hàm lượng amylose thấp, cơm mềm, hàm lượng các chất có giá
trị dinh dưỡng như anthocyanin, protein, sắt, chất xơ hòa tan cao.
Luận án xác định được các dấu chỉ thị phân tử để sử dụng trong chọn
giống lúa có hàm lượng protein cao và amylose thấp phù hợp cho sản xuất bánh
mì khơng gluten. Đồng thời, luận án cũng cung cấp các thông tin về phương
pháp bảo quản lúa thích hợp nhằm duy trì hàm lượng anthocyanin, protein,
amylose trong hạt.
Xác định được các thông số tối ưu để chế biến bánh mì khơng gluten thích
hợp cho mọi lứa tuổi, đặc biệt là cho người bị bệnh celiac tại Việt Nam.

Xác định các thơng số tối ưu trong quy trình trích ly protein và
anthocyanin trong cám gạo cẩm bằng sóng siêu âm, sản xuất gạo mầm có hàm
lượng anthocyanin cao để làm ngun liệu trong sản xuất bánh mì khơng gluten.
Kết quả nghiên cứu xác định được 04 công thức chế biến bánh mì khơng
gluten với các thơng số tối ưu từ việc kết hợp các loại enzyme, vi khuẩn lactic,
gạo mầm, các chất trích ly từ cám gạo cẩm nhằm tạo ra sản phẩm có chất lượng
cao. Trong đó, sản phẩm bánh mì khơng gluten được làm từ gạo mầm có giá trị
cảm quan tốt, giá trị dinh dưỡng cao và được người tiêu dùng đánh giá tốt.
Khai thác các enzyme có sẵn trong thực vật (củ khoai tây, lá gai) trong
cơng thức làm bánh mì khơng gluten vừa tận dụng được nguồn nguyên liệu phổ
biến, rẻ tiền vừa đảm bảo môi trường, sức khỏe của người tiêu dùng.
Sử dụng các phương pháp hiện đại để phân tích, đánh giá chất lượng của
nguyên liệu và sản phẩm như diện di, sắc ký lỏng hiệu năng cao, sắc ký trao đổi
ion hiệu năng cao, sắc ký bản mỏng.

Ngành Công nghệ Sinh học

6

Viện NC & PT Công nghệ Sinh học


Báo cáo luận án tiến sĩ

Trường Đại học Cần Thơ

Chương 2: TỔNG QUAN TÀI LIỆU
2.1 Tổng quan về lúa
2.1.1 Giới thiệu chung
Cây lúa là loại cây lương thực có lịch sử phát triển lâu đời nhất (7.00010.000 năm). Trải qua quá trình phát triển lâu dài và phức tạp, cây lúa ngày nay

đã có những biến đổi to lớn về đặc điểm hình thái, nơng học, sinh lý và sinh thái
nhằm thích nghi với các điều kiện khác nhau của mơi trường (Nguyễn Ngọc Đệ,
2008).
Cây lúa thuộc họ hịa thảo (Graminae), tộc Oryzae, chi Ozyza. Tateoka
(1963) đã công nhận 22 lồi Oryza là căn bản. Trong số đó, chỉ có 2 loài được
trồng là Oryza glaberrima Steud và Oryza sativa L. Lồi Oryza sativa L. có
năng suất cao và khả năng thích nghi rộng. Theo Chang (1985), cho biết do điều
kiện khí hậu, đặc biệt là nhiệt độ, lúa Oryza sativa L. tiếp tục tiến hố theo ba
nhóm: Indica thích hợp với vùng nhiệt đới, Japonica thích ứng với vùng hàn
đới và Javanica thích hợp cả hai vùng nhiệt đới và hàn đới.
Số nhiễm sắc thể của lúa 2n = 24 được phát hiện bởi Kuwada trong năm
1910. Đến năm 1930, số nhiễm sắc thể này được khẳng định từ sự quan sát
nhiễm sắc thể của lúa bằng nguyên phân.
Theo Bùi Chí Bửu và Nguyễn Thị Lang (2010), hiện nay tại 6 ngân hàng
gen lớn đang lưu giữ 572.029 mẫu giống lúa trồng và khoảng 23.000 mẫu lúa
hoang, tất cả nằm ở Châu Á (). Đa dạng di truyền
cây lúa sẽ thỏa mãn được mục tiêu tạo giống thích ứng với biến đổi khí hậu.
Bản thảo bộ gen cây lúa đã được giải mã thành công vào năm 2002. Năm
2004, hồn tất giải mã trình tự genome trên cây lúa thơng qua cơng trình của
Nhật, IRRI, Trung Quốc. Trình tự DNA của cây lúa chiếm 95%, với độ lớn
phân tử 389 Mb phủ trên tất cả 12 nhiễm sắc thể (Bùi Chí Bửu và Nguyễn Thị
Lang, 2010).
2.1.2 Đặc điểm cơ bản của các giống lúa nghiên cứu
Lúa Jasmine 85– Cần Thơ
Giống lúa Jasmine 85 là giống nhập nội từ Viện lúa Quốc tế (IRRI) được
Viện Lúa Đồng bằng Sông Cửu Long chọn thuần. Đặc điểm chính: Là giống có
khả năng thích nghi rộng, năng suất cao, ổn định, thích hợp canh tác trong cả
hai vụ Đông Xuân và Hè Thu. Thời gian sinh trưởng 100-115ngày. Gạo dài

Ngành Công nghệ Sinh học


7

Viện NC & PT Công nghệ Sinh học


Báo cáo luận án tiến sĩ

Trường Đại học Cần Thơ

(>7mm), ít bạc bụng. Hàm lượng amylose: 19,33%. Hàm lượng protein 10,02%
(Nguyễn Phúc Hảo và ctv., 2009).
Lúa cẩm Cai Lậy – Tiền Giang
Lúa cẩm Cai Lậy là loại lúa đặc sản của tỉnh Tiền Giang được Cục Trồng
trọt của Bộ Nông nghiệp và Phát triển Nông thôn “Công nhận giống cây trồng
mới” theo quyết định số 387/QĐ-CTT ngày 17/8/2012. Một số đặc tính của
giống lúa cẩm: thời gian sinh trưởng ngắn 80-85 ngày, chiều cao cây từ 87-93
cm, khả năng đẻ nhánh khá, giống kháng tốt đối với bệnh cháy lá. Trong gạo
cẩm Cai Lậy còn chứa hàm lượng anthocyanin (60,4 mg/100g). Hàm lượng
amylose thấp, protein cao (Lê Hữu Hải và ctv., 2012).
Lúa nàng thơm Chợ Đào– Long An
Gạo nàng thơm chợ Đào là thương hiệu gạo nổi tiếng ở Chợ Đào, thuộc xã
Mỹ Lệ, huyện Cần Đước, tỉnh Long An. Là loại gạo nổi tiếng thơm ngon, gạo
Nàng Thơm Chợ Đào được người tiêu dùng biết đến từ những ưu điểm nổi bật
mà khơng có loại gạo nào sánh bằng. Cây lúa Nàng Thơm có hương vị thơm
ngon, gạo Nàng Thơm hạt thon dài, chà trắng ra bên trong có hột lựu màu hồng
hồng. Gạo mới gặt sau mùa vụ, lúc chà xong có một lớp cám bên ngồi giống
dư lớp dầu, cho tay vào bao giơ tay lên gạo còn bám trên tay những hạt mịn,
đặc biệt gạo Nàng Thơm có mùi rất thơm.
Đại học Cần Thơ 1 nhập nội (ĐHCT1)

Là giống lúa được Bộ môn Di truyền của Khoa Nông nghiệp và Sinh học
ứng dụng nghiên cứu, không nhạy sáng, thời gian sinh trưởng 107-110 ngày
(gieo) và 117-120 ngày (cấy). Chiều cao cây: 115-120 cm, thân khỏe. Lá cờ dài
46,5 cm, rộng 1,38 cm, bông dài 25,7 cm. Kích thước hạt lúa 10,75x2,23x1,9
mm; kích thước hạt gạo 6,98x2,04 x1,79 mm. Lúa chống chịu được bệnh rầy
nâu, năng suất cao, ổn định nhưng chống chịu bệnh về rễ khá yếu, lượng đường:
27,33%. Thời gian trồng thích hợp để làm giống là 15 tháng 11 – 15 tháng 12
hoặc 15 tháng 7 đến 15 tháng 8. Thời gian trồng thích hợp để tiêu thụ là cả năm
trừ giai đoạn tháng 9 đến 15 tháng 11.
Hồng Ngọc Óc Eo – An Giang
Giống lúa Hồng Ngọc Óc Eo được triển khai trồng từ năm 2011 tại huyện
Thoại Sơn, nay đã được nông dân nhiều tỉnh khu vực đồng bằng sông Cửu
Long như Hậu Giang, Kiên Giang, Đồng Tháp… Cây lúa có thời gian sinh
trưởng ngắn từ 95 - 97 ngày/vụ, trồng được 3 vụ/năm; đạt năng suất từ 9 - 10
tấn/ha/vụ đông xuân, hè thu; thấp nhất cũng đạt 6,5 tấn/ha/vụ thu đông. Hạt

Ngành Công nghệ Sinh học

8

Viện NC & PT Công nghệ Sinh học


Báo cáo luận án tiến sĩ

Trường Đại học Cần Thơ

lúa dài, xay thành gạo có màu đỏ hồng, nhiều dinh dưỡng, hàm lượng sắt rất
cao, khi nấu hạt cơm có vị ngọt, dẻo, xốp và mùi thơm đặc trưng. Chủ nhân của
giống lúa Hồng Ngọc Ĩc Eo là nơng dân sản xuất giỏi người dân tộc Khmer

Danh Văn Dưỡng.
Lúa Huyết Rồng – Long An
Giống này có thân cao 1-1,2m. Gạo huyết rồng có màu đỏ thẫm, cịn
ngun vỏ cám, có giá trị dinh dưỡng cao. Gạo chứa nhiều protein, sắt, vitamin
(nhất là vitamin B1), calci, kali… nên là thực phẩm lý tưởng để bồi bổ cơ thể.
Gạo Huyết rồng nấu thành cơm có mùi thơm đặc trưng, vị ngọt bùi pha lẫn vị
béo. Giống lúa Huyết rồng là giống lúa sinh trưởng trong thời gian dài (6
tháng), chỉ trồng duy nhất 1 mùa trong năm. Năng suất thấp, cao nhất đạt 3,3
tấn/ha; hạt gạo thon dài và thuộc loại gạo mềm cơm và hàm lượng amylose thấp
(15,4%) (Huỳnh Quang Tín và ctv., 2015).
Lúa D13 – Tiền Giang
Là giống lúa than nhập nội từ Trung Quốc được nhân giống trồng thử
nghiệm điều kiện ngoài đồng ở xã Mỹ Thành Nam, huyện Cai Lậy trong vụ
Đông Xuân năm 2013-2014 nhằm đánh giá giống lúa này có thích nghi với điều
kiện canh tác tại địa phương. Đặc điểm của giống: thời gian sinh trưởng thuộc
nhóm ngắn ngày (90 ngày). Năng suất lúa đạt khá, tương đương so với giống
lúa cẩm Cai Lậy. Gạo lứt đen đồng nhất trong hai mùa vụ thực hiện, dạng hạt
trung bình, phẩm chất cơm mềm (Lê Hữu Hải và ctv., 2015).
Lúa Ngọc đỏ hương dứa – Đồng Tháp
Lúa Ngọc đỏ hương dứa doông Nguyễn Anh Dũng– Hợp tác xã Đồng
Tháp tình cờ phát hiện vào năm 2012 khi theo dõi quá trình phát triển giống lúa
LD2012 trên đồng ruộng. Khi thu hoạch, tách vỏ thấy hạt gạo màu đỏ, có mùi
thơm lá dứa tự nhiên. Hàm lượng chất sắt của gạo này tới 26,4mg/kg. Hàm
lượng calci là 137mg/kg.
Nếp cẩm ĐH 6 – Thanh Hóa
Nếp cẩm ĐH6 được chọn lọc và làm thuần từ giống nếp cẩm Căm pẹ thu
thập ở Thanh Hóa, có thời gian sinh trưởng ngắn ngày (vụ xuân từ 127-142
ngày, vụ mùa từ 105-115 ngày). Năng suất ổn định 35-40 tạ/ha, thâm canh tốt
có thể đạt 50 tạ/ha. Hạt gạo đen tuyền, mềm, thon, nội nhũ đa phần có sắc tố
đen, chất lượng gạo ngon, phẩm chất tốt, có giá trị dinh dưỡng cao, hàm lượng

amylose thấp 3,79%, cơm dẻo và thơm. So với các loại gạo khác thì hàm

Ngành Cơng nghệ Sinh học

9

Viện NC & PT Công nghệ Sinh học


Báo cáo luận án tiến sĩ

Trường Đại học Cần Thơ

lượng protein trong gạo ĐH6 cao hơn 6,8%, ngồi ra cịn có 8 loại acid amin
thiết yếu.
Lúa VD 20
Do kỹ sư Nguyễn Văn Luật và cộng tác viên ở Viện Lúa Đồng bằng sơng
Cửu Long nghiên cứu. Giống VD 20 có nguồn gốc từ Đài Loan, được tuyển
chọn theo phương pháp chọn đầu dòng và so sánh các dòng triển vọng. Giống
có thời gian sinh trưởng ngắn từ 100-115 ngày, có thể trồng nhiều vụ trong năm.
Đặc điểm của giống: chiều cao cây 105-115 cm, số hạt chắc/bông khá cao (100120), tỷ lệ lép 15-22%, khối lượng 1.000 hạt 21 gram, hạt gạo ngắn (5,8-6,4
cm), vỏ trấu có sọc; bạc bụng cấp 0, tỷ lệ gạo nguyên cao (trên 45%); hàm
lượng amylose thấp đến trung bình (18,4%); gạo có chất lượng cao cấp, thơm,
dẻo phù hợp với thị hiếu người tiêu dùng, năng suất cao nhất có thể đạt 6 tấn/ha.
2.1.3 Giá trị dinh dưỡng của hạt gạo
Gạo (Oryza sativa L.) là một trong những loại ngũ cốc quan trọng nhất,
đặc biệt đối với người Châu Á (Orthoefer, 2005) do cung cấp phần lớn lượng
calo hàng ngày cho động vật và con người (Ryan, 2011). Một số nghiên cứu đã
cho thấy gạo và các sản phẩm của gạo ảnh hưởng rất lớn đến sức khoẻ của con
người (Orthoefer, 2005). Trong khẩu phần ăn hàng ngày, gạo cung cấp 21%

năng lượng, 14% protein và 2% chất béo cho cơ thể (Kennedy and Burlingame,
2003).
Về mặt dinh dưỡng thì gạo tốt hơn nhiều so với các loại ngũ cốc chứa
nhiều tinh bột. Ngoài việc cung cấp nguồn năng lượng chính là tinh bột thì
trong gạo còn chứa nhiều dưỡng chất thiết yếu khác: protein, acid amin tự do,
vitamin nhóm B, các chất khống, chất xơ. Trong gạo, tinh bột chiếm đến
72,8%, đây là thành phần dưỡng chất chính trong gạo. Hàm lượng protein chỉ
chiếm trung bình 7,4%, nhưng đây lại là nguồn dưỡng chất rất quan trọng vì
protein trong gạo chứa nhiều acid amin thiết yếu như histidine, leucine,
tryptophan,… (Hà Huy Khôi và Từ Giấy, 2009).
Gạo cũng là một trong những thực phẩm được coi là tiềm năng cho việc
bổ sung các vi chất dinh dưỡng. Một nghiên cứu ở trẻ em Bangladesh và phụ nữ
cho thấy gạo cung cấp 49% kẽm cho trẻ em và 69% cho phụ nữ (Arsenault et
al., 2010).
Hàm lượng chất dinh dưỡng của gạo thay đổi tùy thuộc vào sự đa dạng
của đất trồng và điều kiện tăng trưởng. So với protein của các hạt hòa thảo
khác, protein của lúa được coi là hoàn thiện hơn cả. Trong protein, acid
Ngành Công nghệ Sinh học

10

Viện NC & PT Công nghệ Sinh học


Báo cáo luận án tiến sĩ

Trường Đại học Cần Thơ

glutamic và aspartic là các acid amin quan trọng trong gạo trong khi lysine thì
hạn chế. Một phương pháp tích lũy lysine (protein liên kết) trong quá trình phát

triển của nội nhũ đã được thực hiệnnhằmnâng cao hàm lượng lysine trong hạt
gạo (Kawakatsu et al., 2010).
Gạo là nguồn cung cấp thiamine (vitamin B 1), riboflavin (vitamin B2) và
niacin (vitamin B3) tốt cho con người. Deepa et al. (2008) đã xác định hàm
lượng vitamin trong gạo Njavara cao hơn 27-32% so với hai giống Jyothi và IR
64. Hàm lượng thiamine trong gạo Njavara hữu ích trong việc điều trị suy
nhược cơ và viêm thần kinh do thiếu hụt các vitamin này.
Phương pháp chế biến gạo đồ và xay xát ảnh hưởng đến hàm lượng chất
dinh dưỡng của gạo. Phơi và cám có chứa nhiều khống chất, protein và
vitamin. Do đó, việc loại bỏ phôi và cám gạo sẽ làm giảm chất dinh dưỡng so
với gạo lứt (chưa được nấu chín) (Royet al., 2008).
Trong gạo lứt cịn có chứa anthocyanin. Đây là sắc tố thuộc nhóm
flavonoid tan trong nước. Chúng xuất hiện hầu như trong các loại thực vật với
hàm lượng và thành phần khác nhau tùy thuộc vào giống và môi trường (Mohr
et al., 1995). Anthocyanin gần đây đã thu hút sự quan tâm nhiều hơn do chúng
cịn là hợp chất có nhiều hoạt tính sinh học quí cho sức khỏe như khả năng
chống oxy hóa, chống dị ứng, chống các tia phóng xạ, chống viêm, chống vi
khuẩn, chống đơng huyết và có tác dụng bảo vệ tim mạch (Manach et al.,
2005).
2.2 Các chỉ tiêu năng suất và chất lượng
2.2.1 Các chỉ tiêu năng suất
2.2.1.1 Số bông/bụi
Số bông trên đơn vị diện tích có ảnh hưởng thuận với năng suất. Các
2

giống lúa cao sản thấp cây có số bơng/m trung bình phải đạt 500-600 bông/m

2

2


đối với lúa sạ, 350-450 bông/m đối với lúa cấy mới có thể cho năng suất cao
(Nguyễn Ngọc Đệ, 2008).
Theo Nguyễn Ngọc Đệ (2008) số bông trên đơn vị diện tích được quyết
định vào giai đoạn sinh trưởng ban đầu của cây lúa (giai đoạn tăng trưởng). Số
bông trên đơn vị diện tích tùy thuộc vào mật độ sạ, cấy và khả năng nở bụi của
lúa và phụ thuộc vào nhiều yếu tố như đặc tính di truyền, kỹ thuật canh tác, môi
trường đất, môi trường nước, mùa vụ…

Ngành Công nghệ Sinh học

11

Viện NC & PT Công nghệ Sinh học


Báo cáo luận án tiến sĩ

Trường Đại học Cần Thơ

2.2.1.2 Số hạt/bơng
Số bơng có thể đóng góp 74% năng suất, trong khi đó số hạt và trọng
lượng hạt đóng góp 26%. Theo Nguyễn Ngọc Đệ (2008) ở các giống lúa số hạt
trên bông từ 80-100 hạt đối với lúa sạ hoặc 100-120 hạt đối với lúa cấy là tốt
trong điều kiện trồng ở vùng đồng bằng sông Cửu Long. Nếu lúa nảy chồi kém
hoặc ruộng có ít chồi thì năng suất sẽ khơng cao dù có cố gắng tăng trọng lượng
hạt hoặc tăng số hạt trên bông.
2.2.1.3 Trọng lượng 1.000 hạt
Khối lượng 1.000 hạt của một giống có thể thay đổi trong một thời gian
nhất định nhưng giá trị trung bình thì ln ổn định. Tính trạng trọng lượng

1.000 hạt có hệ số di truyền cao và ít chịu tác động của mơi trường nên việc
chọn giống có trọng lượng 1.000 hạt cao là rất cần thiết. Phần lớn các giống lúa
trọng lượng 1.000 hạt thường dao động từ 20-30 g (Nguyễn Ngọc Đệ, 2008).
2.2.1.4 Độ rụng hạt
Độ rụng hạt là đặc tính di truyền của giống. Độ rụng hạt còn là yếu tố ảnh
hưởng đến thời gian thu hoạch, phương pháp thu hoạch và có thể ảnh hưởng lớn
đến năng suất (Nguyễn Ngọc Đệ, 2008).
2.2.2 Các chỉ tiêu chất lượng
Ông Huỳnh Nguyệt Ánh và ctv. (2010) cho rằng, phẩm chất hạt gạo là một
trong những đặc tính kinh tế quan trọng trong việc xuất và nhập khẩu của lúa,
gạo. Phẩm chất hạt gạo được đánh giá thông qua nhiều chỉ tiêu.
2.2.2.1. Kích thước và hình dạng hạt gạo
Chiều dài là một trong những chỉ tiêu quan trọng để phân loại gạo xuất
khẩu phụ thuộc vào thị hiếu người tiêu dùng ở từng quốc gia (Jenning et al.,
1979). Chẳng hạn như khu vực Đông Á người dân ưa chuộng hạt gạo dạng
trung bình ngắn, trong khi dạng hạt dài lại được ưa chuộng ở hầu hết các nước
trên thế giới.
Theo Jenning et al. (1979) chiều dài và hình dạng hạt được di truyền độc
lập nhau và có thể được kết hợp theo ý muốn trừ kiểu hạt rất dài và mập. Hơn
nữa có thể kết hợp chiều dài và hình dạng hạt với những đặc tính về phẩm chất
như hàm lượng amylose, chiều cao cây và thời gian sinh trưởng.

Ngành Công nghệ Sinh học

12

Viện NC & PT Công nghệ Sinh học


Báo cáo luận án tiến sĩ


Trường Đại học Cần Thơ

2.2.2.2. Hàm lượng amylose
Hàm lượng amylose trong nội nhũ là chỉ số quyết định chất lượng gạo, do
đó cải thiện hàm lượng amylose xuống mức thấp hay trung bình là 1 yêu cầu đặt
ra rất khó khăn cho nhà chọn giống. Hàm lượng amylose thay đổi cũng bị ảnh
hưởng bởi môi trường, nó có thể biến động đến 6% khi trồng ở nơi này so với
nới khác hay từ vụ này sang vụ khác, nhiệt độ cao khi lúa chín cũng giảm hàm
lượng amylose (Jennings et al., 1979), nếu tồn trữ lâu sẽ làm cho hàm lượng
amylose tăng. Hàm lượng amylose trong hạt gạo được IRRI (1996) chia ra làm
4 mức: rất thấp: 3-9%; thấp: 10-19%; trung bình: 20-25%; cao: trên 25%.
Hàm lượng amylose trong hạt gạo tương quan nghịch với chiều dài hạt
gạo và nhiệt độ môi trường. Lúa dạng hạt dài (tỷ lệ dài/rộng 3 - 4) tương quan
với hàm lượng amylose cao trên 20%. Lúa dạng hạt trung bình (tỷ lệ dài/rộng 22,9) tương quan với hàm lượng amylose thấp 10-18%. Theo Traore (2005) cho
rằng nhiệt độ cao trong suốt q trình phát triển của hạt lúa có thể làm giảm
hàm lượngamylose.
2.2.2.3 Độ trở hồ
Độ trở hồ, một đặc tính dùng để xác định phẩm chất gạo lúc nấu, là nhiệt
độ cần thiết để nước được hấp thu và hạt tinh bột phồng lên khơng hồn ngun
o

lại được (Jennings et al., 1979). Độ trở hồ biến thiên trong khoảng từ 55 C đến
o

o

o

o


79 C và được chia làm 3 nhóm: thấp <69 C, trung bình từ 70 C đến 74 C, cao
o

>74 C. Độ trở hồ trung bình là quy chuẩn tối hảo cho phẩm chất gạo tốt (Bùi
Chí Bửu và Nguyễn Thị Lang, 2000).
Độ trở hồ có thể liên quan một phần đến hàm lượng amylose của tinh bột.
Giống có độ trở hồ cao thì có hàm lượng amylose thấp, độ trở hồ trung bình có
hàm lượng amylose cao hoặc trung bình nhưng độ trở hồ thấp khơng liên hệ đến
hàm lượng amylose thấp, trung bình hay cao (Jennings et al.,1979).
Đặc tính vật lý của cơm liên quan nhiều đến độ trở hồ nhiều hơn hàm
lượng amylose. Gạo có độ trở hồ cao thường mềm và có khuynh hướng rã nhừ
khi nấu chín, khi nấu cần nhiều nước và lâu chín hơn gạo có độ trở hồ thấp và
trung bình (IRRI, 1996).
2.2.2.4 Độ bền thể gel
Ngồi hai yếu tố hàm lượng amylose và độ trở hồ, phẩm chất gạo cịn phụ
thuộc vào đặc tính độ bền thể gel. Theo Jennings et al.(1979), lúa có hàm
Ngành Cơng nghệ Sinh học

13

Viện NC & PT Công nghệ Sinh học


Báo cáo luận án tiến sĩ

Trường Đại học Cần Thơ

lượng amylose thấp thường có thể gel mềm. Tuy nhiên, các giống có hàm lượng
amylose giống nhau có thể có độ bền gel khác nhau. Trong cùng một nhóm có

hàm lượng amylose giống nhau, giống lúa nào có độ bền thể gel mềm hơn,
giống đó sẽ được ưa chuộng hơn.
2.3 Dấu chỉ thị
2.3.1 Chỉ thị hình thái
Chỉ thị hình thái là phương pháp đánh giá thơng qua các đặc điểm hình
thái như hình dạng, kích thước, đặc điểm các bộ phận. Với ưu điểm là dễ tiếp
cận, khơng địi hỏi các thiết bị đắt tiền và quy trình phức tạp. Hiện nay, phương
pháp này vẫn được sử dụng phổ biến trên cây trồng để giúp các nhà nghiên cứu
phân biệt các giống khác nhau bằng mắt thường (Da-Li et al., 2003).
Đặc tính hình thái nơng nghiệp với việc tiếp cận nguồn gen là căn bản để
cung cấp thông tin cho các chương trình nhân giống thực vật. Li et al. (2000) đã
phân tích tương quan giữa di truyền và sự khác biệt về hình thái trong 111 giống
lúa khác nhau. Sử dụng chỉ thị hình thái kết hợp với 39 dấu SSR, Bajracharya et
al. (2006) đã kiểm tra các mối quan hệ di truyền giữa 147 điểm canh tác lúa ở
Jumla, Nepal. Seetharam et al. (2009) mô tả 30 kiểu gen của cây lúa bằng việc
kết hợp sử dụng dấu SSR với các đặc điểm hình thái.
2.3.1.1 Thời gian sinh trưởng (ngày)
Theo Bùi Chí Bửu và Nguyễn Thị Lang(2010) thì thời gian sinh trưởng
thường do nhiều gen điều khiển, cho nên sự phân ly có thể xảy ra đối với cả hai
đặc tính chín sớm và chín muộn. Theo Yoshida (1981), nếu thời gian sinh
trưởng q ngắn thì cây lúa khơng có đủ thời gian tích lũy chất khơ trong q
trình sinh trưởng và sinh sản do đó khơng thể cho năng suất cao. Giống có thời
gian sinh trưởng quá dài có thể khơng có năng suất cao do sự sinh trưởng dinh
dưỡng dư có thể gây đổ ngã. Đối với các giống lúa ngắn ngày, do thời gian sinh
trưởng ngắn, nên cần sử dụng nhiều hơn về dinh dưỡng, năng lượng ánh sáng
mặt trời để tạo năng suất. Do đó phải chú ý tạo giống lúa thấp cây, lá đồng
thẳng đứng, ...
Theo Nguyễn Thành Hối và ctv. (2013) thì thời gian sinh trưởng cây lúa
được chia làm bốn nhóm: A0= cực ngắn ngày, <90 ngày; A1 = Ngắn ngày, 90105 ngày; A2 = Tương đối ngắn ngày, 106-120 ngày; B = Trung mùa, 121-140
ngày.


Ngành Công nghệ Sinh học

14

Viện NC & PT Công nghệ Sinh học


Báo cáo luận án tiến sĩ

Trường Đại học Cần Thơ

2.3.1.2 Chiều cao cây (cm)
Theo Jennings et al. (1979), thân mạ thấp và cứng là hai yếu tố quyết định
tính đỗ ngã. Thân cây lúa dày thì có nhiều bó mạch hơn, nó sẽ cung cấp và tạo
khả năng vận chuyển, chất khơ tích lũy tốt hơn. Thân cứng và dày có ý nghĩa rất
quan trọng trong việc chống đỗ ngã và dẫn đến chỉ số thu hoạch cao hơn. Nếu
thân lá khơng cứng khỏe, thân khơng dày thì dễ đổ ngã, tán lá che khuất lẫn
nhau làm gia tăng một số dịch hại dẫn đến năng suất giảm. Cây cao 90-100 cm
được coi là lý tưởng cho năng suất cao. Cây có chiều cao từ 80-100 cm là thích
hợp, tuy nhiên cây lúa có thể cao tới 120 cm trong một số điều kiện nào đó.
2.3.1.3 Tỷ lệ chồi hữu hiệu
Về mặt lý thuyết ở điều kiện đặc biệt, một cây lúa có thể mọc ra 40 chồi.
Tuy nhiên, trong thực tế tất cả những mầm chồi không nhất thiết phát triển
thành chồi. Khoảng cách trồng, ánh sáng, nguồn dinh dưỡng và điều kiện môi
trường, kỹ thuật canh tác ảnh hưởng đến sự nảy chồi. Chồi hình thành bơng
(chồi hữu hiệu hay chồi hữu ích) thấp hơn so với số chồi tối đa và ổn định
khoảng 10 ngày trước khi đạt được số chồi tối đa. Các chồi ra sau đó thường sẽ
tự rụi đi khơng thành bơng được do chồi yếu không đủ khả năng cạnh tranh
dinh dưỡng, ánh sáng với các chồi khác gọi là chồi vô hiệu. Giống có nhiều

chồi rất cần thiết cho sản lượng tối đa trong quần thể dày hoặc trung bình. Tuy
nhiên, khả năng nhảy chồi trung bình cũng được xem là tốt đối với những giống
lúa cho năng suất cao. Ở lúa cấy, khoảng 10-30 chồi có thể được sinh ra trong
điều kiện trồng hợp lý, nhưng chỉ 2-5 chồi được hình thành trong lúa sạ thẳng
(Nguyễn Ngọc Đệ, 2008).
2.3.1.4 Chiều dài bơng
Chiều dài bơng là chỉ tiêu hình thái quan trọng có liên quan chặt chẽ với
năng suất. Thường những giống có chiều dài bơng lớn cho nhiều hạt hơn những
giống lúa có bơng ngắn. Nhưng chưa hẳn dài bơng đã cho nhiều hạt, mà cịn
phụ thuộc vào độ sít hạt, số gié trên bơng. Chiều dài bơng thường do tính di
truyền quy định, nhưng cũng bị chi phối bởi điều kiện ngoại cảnh và chế độ
canh tác nhất là điều kiện dinh dưỡng trong giai đoạn đầu hình thành bơng
(Phạm Thị Thanh Mai và ctv., 2012).
2.3.1.5 Chiều dài lá cờ
Lá địng cũng góp phần rất quan trọng trong quang hợp tạo tinh bột cho
hạt. Sau khi lúa trổ lá đòng sẽ dài hơn bơng, là một đặc tính tốt của một giống
Ngành Công nghệ Sinh học

15

Viện NC & PT Công nghệ Sinh học


Báo cáo luận án tiến sĩ

Trường Đại học Cần Thơ

lúa, giúp lá đòng nhận được ánh sáng tốt, hiệu quả quang hợp cao, làm giảm tỉ
lệ hạt lép, tăng năng suất.
2.3.2 Chỉ thị phân tử

Cải thiện chất lượng hạt gạo bằng phương pháp lai tạo truyền thống mất
rất nhiều thời gian và tốn nhiều chi phí. Trong khi đó chọn giống nhờ chỉ thị
phân tử liên kết với tính trạng mục tiêu gọi tắt là MAS (marker-assisted
selection) là một quy trình sử dụng chỉ thị phân tử để chọn lọc gián tiếp một
hoặc nhiều yếu tố quyết định di truyền một tính trạng quan trọng. Đây là
phương pháp được thế giới ủng hộ mạnh mẽ vì kỹ thuật này rút ngắn được thời
gian lai tạo giống và có thể cho kết quả sau ba thế hệ chọn lọc (Tanksley and
Nelson, 1996). MAS cho phép lựa chọn kiểu gen không bị ảnh hưởng từ các
yếu tố môi trường. MAS làm tăng hiệu quả lựa chọn vì có thể được sử dụng
trong giai đoạn cây giống còn non. MAS cũng phân biệt các đồng hợp tử với dị
hợp tử nên có thể lựa chọn một số đặc tính cùng lúc. Hiện nay, ở cây lúa có rất
nhiều chỉ thị phân tử đã được nhận diện như RAPDs, RFLPs, AFLP, SSR. Mỗi
dấu chỉ thị được sử dụng sẽ khác nhau về nguyên tắc, ứng dụng, loại, số lượng
đa hình, chi phí và u cầu.
Theo Palanga et al. (2016) dựa vào dấu phân tử sẽ phân tích chính xác,
giúp phát hiện nhanh, đánh giá được sự đa dạng di truyền và nâng cao hiệu quả
chọn lọc các tính trạng khó, có thể loại được ảnh hưởng của nhân tố mơi trường
đến q trình chọn lọc và lập bản đồ gen (Zhao et al., 2016). Kỹ thuật RFLP
(RFLP: Fragment length polymorphism) không áp dụng cho các phương pháp
chất lượng cao và kỹ thuật RAPD (RAPD: Random amplification of
polymorphic DNA) thường không thể tái tạo hoặc chuyển tiếp từ nơi này sang
nơi khác. Mặc dù cả hai dấu phân tử SSR và AFLP đều được sử dụng để xác
định hiệu quả đa hình, nhưng phương pháp dựa trên SSR sẽ tự động dễ dàng
hơn (Shariflou et al., 2010). Chỉ thị SSR là marker đồng trội, do đó dị hợp tử có
thể dễ dàng được xác định trong q trình thực nghiệm. Tính đồng trội của SSR
sẽ gia tăng hiệu quả và độ chính xác của những phép tính về di truyền quần thể
dựa trên những marker này so với những marker khác như AFLP và RAPD. Do
đó, dấu phân tử SSR là một trong những dấu chỉ thị được dùng phổ biến nhất vì
kỹ thuật đơn giản, đồng trội và độ chính xác cao (Temnykh et al., 2001).
SSR hay còn gọi là vi vệ tinh, là những đoạn trình tự DNA đơn giản lặp lại

nối tiếp và chỉ gồm 1-6bp. Tuy nhiên, tuỳ từng loài mà số lượng các nucleotide
trong mỗi đơn vị lặp có thể thay đổi từ một đến hàng chục và số lượng đơn vị
lặp có thể biến động từ hai đến hàng chục lần hoặc nhiều hơn.
Ngành Công nghệ Sinh học

16

Viện NC & PT Công nghệ Sinh học


Báo cáo luận án tiến sĩ

Trường Đại học Cần Thơ

Thông thường có 3 kiểu lặp: lặp lại hồn tồn là các đơn vị lặp sắp xếp nối tiếp
nhau. Lặp lại khơng hồn tồn là xen kẽ vào các đơn vị lặp là một hoặc một số
nucleotide khác. Lặp lại phức tạp là xen kẽ giữa các đơn vị lặp lại khác nhau
(Litt and Luty, 1989).
SSR đã được sử dụng cho việc xác định sự đa dạng di truyền trong một số
loài cây trồng bao gồm lúa miến (Smith et al., 2000), bắp (Senior et al., 1998)
và bột mì (Prasad et al., 2000). Ở lúa, SSR đã được chứng minh đặc biệt có giá
trị và được sử dụng tốt. Vì lúa có trình tự lặp cao, locus đặc hiệu, dễ sử dụng và
nội dung thông tin nhiều, nên phù hợp hơn trong phân tích sự đa dạng trong cây
trồng. Do đó, lúa là ngũ cốc đầu tiên có bộ gen được giải mã hoàn thiện, cho
phép phát triển một số lượng lớn các dấu SSR. SSR đã được sử dụng để đánh
giá sự đa dạng di truyền của cả hai loài lúa hoang và lúa trồng (Gealy et al.,
2002; Yu et al., 2003; Siwach et al., 2004; Brondani et al., 2005).
Hiện nay, hơn 15.000 chỉ thị SSR đã được thiết lập phủ kín trên bản đồ
liên kết di truyền của lúa (Giarrocco et al., 2007; Rabbaniet al., 2010). Trong
những năm gần đây, nhiều cơng trình sử dụng chỉ thị SSR nghiên cứu đa dạng

di truyền để nhận dạng các giống lúa đã được công bố (Chakravarthi et al.,
2006; Sarao et al., 2009). Như vậy trung bình cứ 157 kp của phân tử DNA có
một chỉ thị SSR (Chen et al., 2006a; Cho et al., 2000; Rabbani et al., 2010).
a. Ứng dụng dấu phân tử để xác định tính trạng amylose
Hàm lượng amylose được coi là chỉ số quan trọng nhất trong việc phân
loại các giống lúa (Juliano, 1985), vì ảnh hưởng đến cấu trúc và sự thối hóa
của hạt (Champagne et al., 2004), màu sắc và độ bóng của gạo (Cruz and
Khush, 2000). Hàm lượng amylose có ý nghĩa quyết định đến sự mềm hay cứng
cơm. Gạo có hàm lượng amylose cao sẽ nở nhiều, dễ tróc nhưng lại khơ và
cứng khi để nguội. Ngược lại, gạo có hàm lượng amylose thấp khi nấu ít nở,
cơm mềm và dẻo (Nguyễn Ngọc Đệ, 2008). Hàm lượng amylose trong gạo,
được công nhận là một trong những yếu tố quyết định quan trọng nhất của chất
lượng ăn và nấu (Juliano, 1971; Bao et al., 2002a). Amylose tương quan với sự
gia tăng về khối lượng, sự hấp thụ nước trong khi nấu, độ cứng và độ trắng của
cơm (Juliano, 1985; Cheng et al., 2012). Amylose cũng là một yếu tố quyết
định đến giá trị của hạt gạo trên thị trường (Larkin et al., 2003).
Dựa vào hàm lượng amylose các giống lúa được phân thành 5 nhóm:
nhóm có hàm lượng amylose cao (>25%), trung bình (20-25%), thấp (10-19%),
rất thấp (3-9%) hoặc dẻo (0-2%) (Kumar and Khush, 1988).

Ngành Công nghệ Sinh học

17

Viện NC & PT Công nghệ Sinh học


Báo cáo luận án tiến sĩ

Trường Đại học Cần Thơ


Sự tổng hợp amylose trong hạt giống được quy định do gen Waxy (Wx),
mã hoá doenzyme GBSSI và hàm lượng amylose liên quan trực tiếp đến lượng
enzyme GBSSI trong nội nhũ. Gen Waxy nằm trên nhiễm sắc thể số 6, bao
gồm 14 exon và 12 intron. Alen của lúa hoang dã, W xa, chủ yếu tìm thấy trong
lồi Indica, và Wxb, chủ yếu tìm thấy trong lồi Japonica (Kottearachchi et al.,
2014).
Sự khác biệt về trình tự trong các alen Wx đã được nghiên cứu rộng rãi.
Cai et al. (2002) đã thiết kế phản ứng PCR đặc hiệu cho AccI để phân biệt kiểu
a

b

gen Wx và Wx bằng vị trí chuỗi đánh dấu. Mao et al. (2017) đã phát triển một
b

in

mw

phương pháp để nhận diện ra Wx , Wx và Wx . Sato et al. (2002) và Chen
et al. (2009) đã thiết lập phản ứng PCR và chuỗi đa hình nhân bản được cắt hạn
mq

chế (CAPS) dựa trên các vị trí đột biến trong exon 4 của Wx để xác định kiểu
gen. Nhược điểm của các dấu đồng trội là chúng không có khả năng phân biệt
hiệu quả các đột biến đồng hợp tử và dị hợp tử, trong khi việc sử dụng các dấu
chỉ thị CAPS thường cồng kềnh và tốn kém.
Tetra-primer ARMS-PCR là một phương pháp mới để phát hiện đa hình
nucleotide đơn (SNP) và được sử dụng rộng rãi trong nhân giống phân tử lúa

(Ramkumar et al., 2015). Bởi vì Taq DNA polymerase thiếu hoạt tính
exonuclease 3 ′ → 5 ′, các đoạn mồi cụ thể dành cho alen có chứa sự khơng phù
hợp ở đầu 3 chỉ có thể được kéo dài ở tốc độ thấp, phản ứng dừng lại khi có một
số lượng lớn các base khơng khớp và do đó sự hình thành các liên kết
phosphodiester nucleotide ở đầu cuối ít xảy ra hơn. Do đó, những đoạn mồi này
có thể được sử dụng để khuếch đại cụ thể một alen đơn lẻ (Ye et al., 2001).
Chức năng của các SNP trong SSIIa liên kết chặt với độ trở hồ và cấu trúc
amylopectin. Đặc biệt hai SNP nằm kề nhau (GC/TT) trong SSIIa có sự liên kết
rất chặt với độ trở hồ. Nghiên cứu nhiệt độ trở hồ của các giống lúa bằng
phương pháp đánh giá kiểu hình và sự liên kết của kiểu hình với các chỉ thị
phân tử SSIIa. Jin et al. (2010) đã cho thấy kiểu gen SSIIa-TT đồng hợp có độ
trở hồthấp tương ứng với sản phẩm PCR có kích thước 350 bp. Trong khi đó,
kiểu gen SSIIa-GC đồng hợp thể hiện độ trở hồcao hoặc trung bình tương ứng
với sản phẩm PCR có kích thước 550 bp. Trong nghiên cứu cũng có những kết
quả tương tự như vậy, ngồi ra những giống bị lẫn tạp hay những dòng còn
đang phân ly có sản phẩm PCR xuất hiện cùng lúc hai băng 350 và 550bp. Theo
báo cáo của Bao et al. (2006) cho thấy có sự tương quan 90-94% giữa độ trở hồ
và chỉ thị SSIIa. Kết quả nghiên cứu cho thấy hiệu quả đạt tới 100% đồng thời
cịn có thể nhận diện những cá thể dị hợp. Do đó, chỉ thị SSIIa

Ngành Công nghệ Sinh học

18

Viện NC & PT Công nghệ Sinh học


Báo cáo luận án tiến sĩ

Trường Đại học Cần Thơ


có thể được sử dụng trong các phân tích chẩn đốn để dự đốn sớm độ trở hồ
của các giống lúa.
Ngồi sự tác động của gen, hàm lượng amylose còn bị ảnh hưởng của mơi
trường và có thể biến thiên ±6% khi trồng ở nơi này so với nơi khác hay trồng
từ vụ này sang vụ khác.
b. Ứng dụng dấu phân tử để xác định tính trạng anthocyanin
So với gạo trắng thì gạo lứt, đặc biệt là gạo lứt đen, có hàm lượng chất
khống, vitamine nhóm B, các acid amin thiết yếu và chất xơ hòa tan cao. Đối
với hợp chất anthocyanin chỉ có trong vỏ cám của gạo đen. Anthocyanin được
ghi nhận là thành phần thực phẩm chức năng thúc đẩy sức khoẻ do có tác dụng
chống oxy hố (Philpott et al., 2006), chống ung thư (Zhao et al., 2004), hạ
đường huyết và các tác dụng chống viêm (Tsuda et al., 2003).
Ngồi ra gạo đen cịn có thể được sử dụng cung cấp phẩm màu tự nhiên
rất tốt cho sức khỏe. Sắc tố anthocyanin trong gạo không chỉ là một dấu hiệu
hình thái quan trọng, mà cịn là một đặc điểm cần chú ý để nghiên cứu độ thuần
của gạo (Saitoh et al., 2004).
Nghiên cứu cho thấy hệ thống sắc tố anthocyanin chủ yếu gồm ba gen cơ
bản, C (nhiễm sắc), A (kích hoạt) và P (phân phối). Các sắc tố màu tím hoặc
màu đỏ xuất hiện chủ yếu trên bẹ lá, phiến lá, chùy, lóng và vỏ. Sự phân bố của
màu đỏ/màu tím khác nhau trên bộ phận của cây giữa các dòng Indica biến
động đáng kể (Reddy et al., 1995).
Zhang et al. (2013) cho biết anthocyanin chủ yếu tồn tại trong mày và vỏ
lụa gạo màu, là nhóm các hợp chất được hình thành từ anthocyanidin và
glucoside. Nghiên cứu những thay đổi của anthocyanin trong quá trình phát
triển của cây chỉ ra anthocyanin đã được tích lũy trong giai đoạn đầu của hạt
gạo. Với sự gia tăng kích thước của hạt, hàm lượng anthocyanin giảm dần trong
hạt. Trong khi đó, hàm lượng anthocyanin khơng thay đổi đáng kể trong mày.
Các phân tích nhiễm nấm cho rằng khả năng chống khuẩn của hạt có hàm lượng
anthocyanin cao thì tốt hơn so với hạt có hàm lượng anthocyanin thấp.

Nhiều cơng trình nghiên cứu khoa học đã xác định các gen hình thành n
anthocyanin. Maeda et al. (2014) khẳng định ba locus trên nhiễm sắc thể 1, 3 và
4 cùng trao đổi sắc tố đen trên vỏ quả hạt gạo. Họ đặt tên các locus gen chính
tạo ra màu đen của anthocyanin trên nhiễm sắc thể 1, 3 và 4 là Kala1, Kala3 và
Kala4. Ngoài ra, Zhao et al. (2016) đã phân tích di truyền cho thấy mỏ hạt màu
đỏ và đầu nhụy màu tím trong lúa được kiểm sốt bởi một gen trội
Ngành Công nghệ Sinh học

19

Viện NC & PT Công nghệ Sinh học