Khóa luận 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

ồng bằng sông Cửu Long tiến hành khảo nghiệm trên diện rộng. VD20 có các đặc tính nhƣ sau: - Thời gian sinh trƣởng 100 ngày (Đông Xuân) và 105 ngày (Hè Thu). - Chiều cao cây 100 - 105 cm. - Cứng cây, nở bụi khá, phiến lá có màu xanh hơi nhạt, gốc thân và bìa lá có màu tím. Trung bình có 7 bông / bụi. - Bông to, dài 25 - 26 cm, hạt chắc trên bông 180 – 190 hạt, tỉ lệ lép thấp (dƣới 10%). Giai đoạn vào chắc nhanh. - Hạt nhỏ, trọng lƣợng 1000 hạt từ 20 – 21gram, gạo rất trong, chiều dài hạt gạo lức 6,16mm, tỉ lệ gạo nguyên cao (88%), trọng lƣợng vỏ trấu 20,8% - Đặc biệt có mùi thơm từ giai đoạn mạ đến chín giống nhƣ lúa thơm Jasmine. - Mức độ nhiễm rầy nâu và vàng lá nhẹ. - Thích hợp vụ Đông Xuân hơn Hè Thu. Năng suất thực tế vụ Đông Xuân là 6,16 tấn / ha (trên diện tích 650 m2). - Hàm lƣợng amylose thấp (18 – 20%), cơm dẻo, mềm và có mùi thơm nhẹ. 2.2.1.4. Giống lúa ST3 [2] Giống lúa ST3 do kỹ sƣ Hồ Quang Cua thanh lọc từ những dòng biến dị của giống lúa VD20 bằng phƣơng pháp chọn lọc cá thể theo hƣớng tiến gần tới tiêu chuẩn gạo thơm cao cấp của Thái Lan (dài hạt gạo 7 mm). ST3 có các đặc tính sau: 13 13 - Thời gian sinh trƣởng 112 – 117 ngày (vụ Hè Thu), 100 – 105 ngày (vụ Đông Xuân). - Chiều cao cây 110 – 115 cm, đẻ nhánh mạnh, gốc nâu, bản lá to, dài, có màu tím dọc theo mép lá. - Giống cao cây, chịu phân kém, dễ đổ ngã. - Nhiễm rầy nâu, nhiễm cháy lá nặng. - Hạt gạo rất dài (7,5 – 8 mm), gạo trong, rất ít bạc bụng, thơm đậm, bền mùi, cơm mềm, dẻo. - Năng suất bình quân: 3 – 4 tấn / ha (vụ Hè Thu), 6 – 7 tấn (vụ Đông Xuân). 2.2.2. CÁC NGHIÊN CỨU VỀ HOÁ SINH CHẤT THƠM CỦA LÚA GẠO 2.2.2.1. Những hợp chất bay hơi có trong gạo thơm Nghiên cứu đầu tiên về gạo thơm đã đƣợc thực hiện bởi Yajima và ctv (1979) [73]. Họ đã xác định đƣợc 114 thành phần có trong gạo thơm, trong đó có 21 acid, 14 ester của các acid béo, 15 alcohol, 18 aldehyde, 17 ketone, 18 hydrocarbon và một vài hợp chất vòng khác nhƣ pyridine và furan. Khi so sánh gạo thông thƣờng với gạo thơm, Yajima đã rút ra kết luận: trong gạo thông thƣờng hàm lƣợng 4 – vinylphenol, 1 – hexanol và 1 – hexanal cao hơn so với gạo thơm, nhƣng lại có hàm lƣợng indole thấp hơn. Hơn nữa, gạo thơm còn có 1 thành phần chƣa xác định đƣợc và α – pyrrolidone là những chất không đƣợc tìm thấy trong gạo thông thƣờng [73]. Những hợp chất bay hơi trong gạo đƣợc xác định bằng cách thu thập những chất bay hơi, phân tách bằng sắc ký và sau đó xác định những thành phần này bằng sắc ký khối phổ (GC/MS) [58]. Tsuzuki và ctv (1981) [67] và Buttery và ctv (1983b) [20] đã phân tích những thành phần bay hơi có trong cơm nấu từ gạo thơm. Kết quả là họ đã nhận biết đƣợc 114 chất (phụ lục 1). Tuy nhiên, theo đánh giá, không có thành phần bay hơi riêng lẻ nào đặc trƣng cho gạo thơm chƣa chế biến [17]. Năm 1988, Buttery và ctv [22] đã xác định đƣợc những thành phần chính tạo nên mùi thơm của gạo thơm hạt dài California là 2 – acetyl – 1 – pyrroline; (E,E) – deca – 2,4 – dienal; nonanal; 14 hexanal; (E) –– non – 2 – enal; octanal; decanal; 4 – vinyl – guaiacol và 4 – vinylphenol. Buttery và ctv (1983a) [19] đã phân tích 2 – acetyl – 1 – pyrroline ở điều kiện áp suất hơi nƣớc đối với những giống gạo khác nhau. Thí nghiệm này chỉ thực hiện trên gạo đã chế biến chứ không thí nghiệm trên gạo thô, vì thế, Tsugita (1985 - 1986) [66] đã tỏ ý hoài nghi rằng có thể chất này đƣợc hình thành trong quá trình nấu nƣớng. Suvarnalatha và ctv (1994) [61] đã nuôi cấy mô sẹo giống lúa Basmati và so sánh những thành phần bay hơi từ những cây lúa đó với những thành phần bay hơi trong những cây lúa Basmati thông thƣờng và rút ra kết luận rằng những chất này là tƣơng tự nhau. Tuy nhiên, họ đã không tìm thấy 2 – AP trong mô sẹo hay trong cơm gạo. Có thể là do phƣơng pháp sử dụng chƣa đủ nhạy. Tiến hành so sánh những chất bay hơi có trong gạo thông thƣờng và gạo thơm, Widjaja và ctv (1996) [69] đã xác định đƣợc 70 chất và mô tả mùi thơm hầu hết những chất đó. Những chất bay hơi chính trong gạo thơm là các alkanal; alk – 2 – enal; alka(E) – 2,4 – dienal; 2 – pentylfuran; 2 – acetyl – 1 – pyrroline và 2 – phenylethanol. Những giống gạo thông thƣờng chứa nhiều n-hexanal, (E) – 2 – heptanal, 1 – octen – 3 – ol, n – nonanal, (E) – 2 – octenal, (E) – 2 - (E) – 4 – decadienal, 2 – pentylfuran, 4 – vinylguaiacol và 4 – vinylphenol hơn so với gạo thơm. Kim (1991) [41] đã xác định trong gạo thơm có 16 loại hydrocarbon, 15 loại alcohol. Lorieux và ctv (1996) [43] đã phân tích mẫu gạo của 2 giống lúa Azucena (thơm) và IR64 (không thơm), phân tích định lƣợng của 15 hợp chất chính liên quan đến 2 giống trên. Kết quả không tìm thấy chất 2 – acetyl – 1 – pyrroline trong giống IR64. Xử lý thống kê cho thấy các chất sau có sự khác biệt giữa giống lúa thơm và không thơm: pentanol; 2 – acetyl – 1 – pyrroline; benzaldehyde; octanol; pentadecan – 2 – one; 6,10,14 – trimethylpentadecan – 2 – one và hexanol. Khi so sánh nồng độ các cấu tử bay hơi thu đƣợc trong quá trình chiết xuất gạo thơm, Petrov và ctv (1996) [47] đã xác định đƣợc 9 thành phần có sự khác biệt rõ rệt về nồng độ giữa loại gạo thơm và gạo thông thƣờng: pentanol; hexanol; 2 – 15 15 acetyl – 1 – pyrroline; (E) – hept – 2 – enal; benzaldehyde; octanal; pentadecan – 2 – one; 6,10,14 – trimethylpentadecan – 2 – one và hexadecanol. Trong số 9 hợp chất trên, pentadecan – 2 – one thể hiện mối tƣơng quan nghịch với những hợp chất khác, và là thành phần đặc trƣng trong giống gạo thông thƣờng (IR64) còn 6 hợp chất góp phần tạo mùi thơm trong gạo thơm: hexanal, octanal, nonanal, (E) – non – 2 – enal, (E,E) – deca – 2,4 – dienal và 2 – acetyl – 1 – pyrroline. Theo Paule C. M. và Powers J. J. (1989) [46], hàm lƣợng hexanol tƣơng quan nghịch với chất lƣợng mùi thơm trong gạo, trong khi đó, 2 – acetyl – 1 – pyrroline lại tƣơng quan thuận. Kết quả nghiên cứu này một lần nữa chứng minh kết luận của Buttery và ctv (1983a) [19] rằng 2 – acetyl – 1 – pyrroline là thành phần chính chịu trách nhiệm cho mùi thơm đặc trƣng trong gạo thơm là đúng đắn. Theo Widjaja và ctv (1996) [69], thành phần chính trong tất cả các loại gạo là hexanal. Khác biệt cơ bản giữa gạo thơm và gạo thông thƣờng là gạo thông thƣờng chứa hàm lƣợng hexanal, heptanal; 6 – methyl – 5 – hepten – 2 – one; (E) – 2 – heptenal; 1 – octen – 3 – ol; nonanal; (E) – 2 – octenal và (E) – 2, (E) – 4 – decadienal nhiều hơn so với gạo thơm. Các thành phần hóa sinh góp phần tạo phát triển mùi thơm, nhƣng khả năng hình thành mùi thơm của cây còn phụ thuộc vào yếu tố di truyền, môi trƣờng, dinh dƣỡng và điều kiện bảo quản (Simon và ctv, 1980; Paillard, 1981) [55, 45]. Do đó, sự khác biệt giữa mùi thơm trong gạo thơm và gạo thông thƣờng không thể chỉ dựa trên các thành phần hóa sinh (nhƣ acid béo, amino acid, đƣờng hay sắc tố) của mỗi giống [47]. Hiện nay có 2 quan điểm về thành phần chất thơm của lúa gạo. Quan điểm thứ nhất cho rằng chất thơm đƣợc tạo ra từ các hợp chất aldehyde (CHO) và keton (C=O) và các hợp chất với lƣu huỳnh (Ayano và Tsuzuki, 1976) [13]. Quan điểm thứ 2 cho rằng chất thơm lúa gạo, do vòng pyrrol kiểm soát tính thơm của chất 2- acetyl-1-pyrroline (Buttery và ctv, 1983a) [19]. 16 2.2.2.2. Hợp chất thơm 2 – acetyl – 1 – pyrroline 3 Hình 2.2. Cấu trúc hóa học của 2 – AP 2 – acetyl – 1 – pyrroline, một hợp chất thơm có mùi tƣơng tự nhƣ mùi bắp nổ, đƣợc đánh giá là một thành phần chất thơm quan trọng trong các giống gạo thơm do đặc tính giữ mùi lâu hơn so với các thành phần bay hơi khác trong gạo [19, 22]. Buttery và ctv (1983a) [19] đã chiết xuất 2 – AP và những hợp chất bay hơi khác từ gạo bằng cách sử dụng hệ thống chiết xuất Likens – Nickerson (SDE). Sản phẩm thu đƣợc đƣợc phân tích bằng GC/MS. Sau đó, họ đã định lƣợng 2 – AP bằng máy sắc ký khí với đầu dò FID [21]. Hình 2.3. Phổ đồ hợp chất 2 – acetyl – 1 – pyrroline (A: Tanchotikul and Hsieh, 1991; B: Varaporn và Sarath, 1993) [64, 68] Năm 1983, Buttery và ctv [19] đã nghiên cứu 7 giống lúa thơm. Trong số các thành phần xác định bằng phƣơng pháp sắc ký khí, hợp chất 2 – acetyl – 1 – pyrroline đã tìm thấy và có mùi tƣơng tự nhƣ mùi thơm của cơm. Ngƣỡng mùi thơm của chất này trong nƣớc là 0,1μg/l và mùi thơm tích lũy tƣơng tự nhƣ loại bắp nổ 17 17 (pop corn). Theo Buttery và ctv (1982, 1983a) [18, 19], 2 – acetyl – 1 – pyrroline là thành phần chính trong hỗn hợp các chất thơm có trong gạo thơm, góp phần cấu thành nên hƣơng thơm của gạo. Do đó, có thể cho rằng thành phần chính dùng để nhận biết sự khác biệt về mùi giữa gạo thông thƣờng và gạo thơm là 2 – acetyl – 1 – pyrroline. Buttery và ctv (1983a) [19] nhận thấy rằng, các giống gạo thơm chứa 0,04 – 0,09 ppm 2 – acetyl – 1 – pyrroline trong khi các giống gạo thông thƣờng chứa lƣợng thấp hơn khoảng 10 lần (< 0,006 đến < 0,008 ppm). Họ đã công bố những chất thơm này chỉ đƣợc tìm thấy trong quá trình nấu nƣớng mà không đƣơc phát hiện trong gạo thô. Nhƣng theo Yoshihashi (2002) [75], hợp chất thơm 2 – AP không phải đƣợc hình thành trong quá trình nấu nƣớng hay do điều kiện bảo quản sau thu hoạch mà chúng đƣợc hình thành từ phần khí sinh của cây trong suốt thời gian gieo trồng. Năm 2003, Wornpongchai và ctv [70] đã tìm thấy 2 – AP trong gạo thô và các bộ phận khác của cây bằng phƣơng pháp chiết xuất không sử dụng nhiệt. Họ cho rằng, 2 – AP chính là một hợp chất thứ cấp hiện diện trong cây lúa đặc sản. Hợp chất 2 – acetyl – 1 – pyrroline đƣợc xác định là thành phần chính trong tinh dầu lá dứa. Theo Buttery và ctv (1983a) [19], trong lá dứa chứa khoảng 1 ppm 2 – acetyl – 1 – pyrroline, hàm lƣợng này cao gấp 100 lần so với những loại gạo thông thƣờng. Vì thế, ở một vài nƣớc châu Á, ngƣời dân thƣờng cho lá dứa vào trong quá trình nấu cơm đối với những loại gạo thông thƣờng để có đƣợc mùi thơm nhƣ gạo thơm [68]. Thí nghiệm phân tích của Trung tâm Nghiên cứu vùng của Bộ nông nghiệp Hoa Kỳ và IRRI (1982) (trích dẫn bởi Đỗ Khắc Thịnh, 2003) [9] cũng cho kết quả về hàm lƣợng chất 2 – acetyl – 1 – pyrroline của 8 giống lúa thơm và 2 giống lúa không thơm. Hàm lƣợng chất thơm 2 – acetyl – 1 – pyrroline của Khao Dawk Mali 105 và Basmati 370 là 0,07 và 0,06 ppm theo thứ tự, giống đối chứng Calrose là 0,006 ppm. Hussain và ctv (1987) [35] thực hiện so sánh mùi thơm giữa lúa thơm (Basmati) và lúa không thơm. Xác định hợp chất thơm dựa trên các peak 18 pentadecan-2-one, hexanol, 2-pentylfurane với nồng độ cao ở lúa Basmati. Chất 2- acetyl-1-pyrroline không tìm thấy. Tuy vậy, hầu hết các nghiên cứu thực hiện sau năm 1983 (Buttery và ctv, 1983b, 1986, 1988; Paule và Powers, 1989; Lin và ctv, 1990; Tanchotikul và Hsieh, 1991) đã chứng tỏ tầm quan trọng của thành phần 2 – acetyl – 1 – pyrroline. Hàm lƣợng của hợp chất này trong gạo dao động từ 6 – 90 µg/kg tùy theo chất lƣợng mùi thơm trong gạo thơm (Buttery và ctv 1983b) [20]. 2 – AP không chỉ đóng vai trò quan trọng trong gạo thơm mà còn đƣợc xem là thành phần chính trong vỏ và ruột bánh mì (Schieberle và Grosch, 1991 và 1991a), bắp nổ (Schieberle, 1991a), hạt kê (Seitz và ctv, 1993), bánh ngô (Karahadian và Johnson, 1993), lá dứa (Buttery và ctv, 1983a; Laksanalamai và Ilangantileke, 1993), mật cây đoan (Blank và ctv, 1989) và bia Đức (Schieberle, 1991b) (trích dẫn bởi Petrov, 1996) [47]. 2 – AP còn là thành phần chính đƣợc tổng hợp từ một vài dòng Bacillus cereus phân lập đƣợc từ việc lên men quả ca cao (Romanczyk và ctv, 1995) [51]. Theo Buttery và ctv (1983a) [19], 2 – acetyl – 1 – pyrroline có cùng nguồn gốc với 2 – acetyl – 1,4,5,6 – tetrahydropyridine là 1 thành phần chất thơm đã đƣợc Hunter và ctv (1969) tìm thấy trong bánh mì hay bánh nƣớng. Proline hay hydroxyproline cũng là tiền thân của 2 – acetyl – 1 – pyrroline. Khi thay thế nhóm – COOH của hydroxyproline thành nhóm methyl keton bằng cách khử nƣớc và chuyển nối đôi sang vị trí số 1 sẽ tạo ra đƣợc 2 – AP. Còn theo Petrov và ctv (1996) [47], 2 – acetyl – 1 – pyrroline có nguồn gốc từ proline và ornithine. Sản phẩm của quá trình phân hủy Strecker là proline và 1- pyrroline (Yoshikawa và ctv, 1965) [77] sẽ phản ứng với những sản phẩm của quá trình phân hủy đƣờng tạo ra AcPy (Schieberle, 1989, 1990; Tressl và ctv, 1985) [53, 54, 65]. Mũi của ngƣời có thể phát hiện đƣợc chất thơm 2 – acetyl – 1 – pyrroline ở nồng độ 0,007ppm. Do đó, đánh giá bằng cảm quan, trong điều kiện nhất định và với những ngƣời có khứu giác bình thƣờng, kết quả có thể tin cậy đƣợc [9]. 19 19 Theo Varaporn và Sarath (1993) [68], nồng độ 2 – AP trong gạo sẽ giảm đối với những gạo đƣợc lƣu trữ trong thời gian dài. Bảng 2.1. Các yếu tố ảnh hƣởng đến việc hình thành và lƣu giữ mùi thơm trong gạo thơm (nguồn Singh và ctv, 2000) [58] Các yêu tố góp phần gia tăng chất lƣợng mùi thơm Các yếu tố làm suy giảm chất lƣợng mùi thơm Thời tiết mát mẻ trong thời kỳ ra hoa và hạt chín Bón phân với liều lƣợng thích hợp Đất màu mỡ Gieo hạt trực tiếp Đất nhẹ, chân ruộng cao Nhiệt độ tăng cao trong thời kỳ ra hoa và hạt chín Phân bón chứa lƣợng urê quá cao Đất nghèo dinh dƣỡng Trồng lúa theo hình thức gieo xạ Đất nặng Độ ẩm trong đất thấp trong giai đoạn hạt chín Xay xát thủ công Thu hoạch muộn Sử dụng máy móc trong giai đoạn xay xát lúa 2.3. PHƢƠNG PHÁP VI CHIẾT XUẤT TRÊN PHA RẮN (SPME)  Nguyên tắc SPME là 1 phƣơng pháp chiết xuất không cần sử dụng dung môi, đƣợc phát minh bởi Pawliszyn và cộng sự từ năm 1989 [34]. Phƣơng pháp này dựa trên cơ chế hấp phụ các chất hữu cơ cần phân tích từ pha nƣớc hoặc pha khí lên sợi silica đƣợc phủ các chất hấp phụ thích hợp nhƣ polydimethylsiloxan (PDMS), PDMS/DVB (divinyl benzen), polyacrylat…thông qua tác động phân chia giữa những chất đƣợc hấp phụ và hỗn hợp mẫu. Quá trình hấp phụ diễn ra khi nhúng sợi chiết vào mẫu lỏng hay khi phơi sợi chiết ra môi trƣờng phía trên mẫu lỏng hay rắn. Các hợp chất bám trên sợi silica sẽ đƣợc giải hấp phụ trực tiếp vào buồng hóa hơi của thiết bị sắc ký khí. 20  Đặc điểm Kỹ thuật này kết hợp các giai đoạn chuẩn bị mẫu, chiết xuất, cô cạn mẫu thành 1 bƣớc đơn giản, không cần sử dụng dung môi. Các chất cần phân tích sẽ đƣợc chiết xuất và làm giàu trực tiếp vào sợi chiết. Phƣơng pháp này giúp tiết kiệm thời gian chuẩn bị mẫu và lƣợng dung môi sử dụng, và có thể cải thiện đƣợc giới hạn dò. Thuận lợi chính của phƣơng pháp là khả năng phân tích tốt, đơn giản, giá thành thấp. Sản phẩm thu đƣợc từ phƣơng pháp SPME tƣơng đối sạch và cô đặc, khả năng ứng dụng MS cao. Kỹ thuật SPME thƣờng đƣợc sử dụng kết hợp với GC và GC/MS. Kỹ thuật này đã đƣợc áp dụng thành công trong việc phân tích nhiều thành phần khác nhau, đặc biệt, trong quá trình chiết xuất những thành phần hữu cơ bay hơi có trong những mẫu phân tích môi trƣờng, sinh học, thực phẩm, dƣợc phẩm. Sợi chiết dùng trong kỹ thuật SPME có thể đƣợc đƣa trực tiếp vào hệ thống HPLC và LC/MS để phân tích những thành phần bay hơi kém hay không bền nhiệt không thể thực hiện trên thiết bị GC hay GC/MS. Thời gian chiết xuất phụ thuộc vào các yếu tố: loại sợi chiết sử dụng, kích thƣớc mẫu, bề dày lớp polymer. Sử dụng sợi chiết có lớp polymer càng dày thì thời gian chiết xuất càng dài, nhƣng hệ số lặp lại càng cao. Thời gian chiết xuất không phụ thuộc nồng độ chất cần phân tích có trong mẫu. Thông thƣờng, lớp film có bề dày mỏng nhất ở mức độ có thể chấp nhận đƣợc thƣờng đƣợc sử dụng để giảm thời gian chiết xuất. 2.4. SẮC KÝ KHÍ (Gas Chromatography - GC)  Nguyên tắc Nguyên tắc của sắc ký khí là mỗi cấu phần trong gạo thơm sẽ bị hấp thụ trên pha tĩnh của cột phân tích khác nhau nên có thời gian lƣu khác nhau. Trên cơ sở khác nhau về thời gian lƣu này mà ngƣời ta có thể định tính và định lƣợng cấu tử cần nghiên cứu [11]. 21 21 2.5. SẮC KÝ KHÍ GHÉP KHỐI PHỔ (GC/MS) Sắc ký khối phổ là một loại sắc ký đặc biệt, vì sau khi ra khỏi cột sắc ký, các cấu phần đƣợc lần lƣợt cho vào buồng MS để thực hiện việc ghi phổ của từng cấu phần. Nhờ một phần mềm, các phổ MS này đƣợc so sánh với các phổ MS chuẩn chứa trong thƣ viện của máy tính. Do đó để tăng độ chính xác cho sự dò tìm và so sánh, thƣ viện phổ khối lƣợng cần phải có nhiều phổ chuẩn. Độ tƣơng hợp giữa phổ MS của các cấu phần và phổ mẫu có tính tƣơng đối tùy thuộc phần mềm phụ trách việc so sánh, thƣờng thì độ tƣơng hợp càng lớn thì xác suất định danh càng cao. Kinh nghiệm về thành phần hóa học và kiến thức về phổ khối lƣợng có tính quyết định rất lớn đến độ chính xác của kết quả định danh. Đầu dò phổ khối lƣợng có độ nhạy cao, khoảng 10-6 – 10-9 g, do đó có thể xác định đƣợc những cấu phần có hàm lƣợng thấp mà các phƣơng pháp khác không thể thực hiện đƣợc. Sắc ký khối phổ có khả năng định danh cao, khả năng dò tìm nhanh, lƣợng mẫu sử dụng ít [11]. 22 Chƣơng 3. VẬT LIỆU VÀ PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 3.1. THỜI GIAN VÀ ĐỊA ĐIỂM TIẾN HÀNH - Địa điểm: Trung tâm phân tích thí nghiệm hóa sinh trƣờng Đại học Nông Lâm TP.HCM, nhà lƣới thuộc trƣờng Đại học Nông Lâm. - Thời gian: tháng 3/2007 đến tháng 7/2007. 3.2. VẬT LIỆU, HOÁ CHẤT VÀ THIẾT BỊ - Vật liệu: 4 giống lúa thơm Jasmine, VD20, ST3, OM3536. - Hoá chất sử dụng: ethanol (Merck), acetone (Merck), methanol (Merck), 2,4,6- collidine (2,4,6-trimethyl pyridine) (Merck), nonanal (Merck), hexanal (Merck), hexanol (Merck), tetradecane (Merck), octanol (Merck), decanal (Merck), pentanol (Merck), KOH (Merck). - Dụng cụ và thiết bị: Tủ mát, Darling (Việt Nam). Tủ lạnh, Hitachi (Japan). Máy bóc vỏ trấu TR200 (Nhật) Cân điện tử BP 210S – Sartorius AG Gottingen (Đức). Máy sắc ký khí HP 6890 N (G1540N) – Agilent Technologies (Mỹ). Máy sắc ký khối phổ HP 6890 N (G1530N) – Agilent Technologies (Mỹ). Kim SPME (SupelcoTM SPME fiber holder) – Bellefonte, PA (Mỹ). Máy nhiệt từ, Ikamag (Đức). Bồn siêu âm Power sonic 510 – Hwashin Technology Co. (Hàn Quốc). Tủ sấy, Memmert (Đức). 23 23 Kìm đóng nắp, Mỹ. Micropippet loại 10 – 100 μl, đầu típ 100 μl, cá từ, nắp nhôm. Lọ bi 10ml, Agilent (Mỹ). Bình tam giác 250 ml (Trung Quốc). Kéo, đĩa petri, khay nhựa, xô nhựa (loại 10 lít), giấy lọc Walkman, bao plastic, bình định mức 25 ml, 10ml, 50ml. 3.3. NỘI DUNG NGHIÊN CỨU Khảo sát sự biến đổi các hợp chất thơm ở cây lúa qua các thời kì sinh trƣởng. So sánh hàm lƣợng các hợp chất thơm giữa 4 giống Jasmine, OM3536, ST3, VD20. Xác định lại hệ số phản hồi của 2 – acetyl – 1 - pyrroline theo nồng độ 8 chất chuẩn: 2,4,6-collidine (2,4,6-trimethyl pyridine), nonanal, hexanal, hexanol, tetradecane, octanol, decanal, pentanol. 3.4. PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 3.4.1. Phƣơng pháp trồng lúa - Xử lí hạt: Ngâm hạt giống 24 giờ, để qua đêm ở nhiệt độ phòng. - Chuyển hạt sang đĩa petri có lót giấy lọc, giữ ẩm. - Sau 3 ngày, khi hạt đã nhú rễ và mầm, chuyển hạt sang cát, giữ ẩm. - Khi cây có 2-3 lá mầm, chuyển sang chậu đất (5cây/xô) và đặt trong nhà lƣới, tƣới nƣớc thƣờng xuyên (giữ lớp nƣớc khoảng 2cm). - Sau 45 ngày, tiến hành bón phân cho cây theo tỉ lệ N/P/chậu là 0.5g/0.25g/xô. 24 3.4.2. Chiết xuất hợp chất bay hơi có trong gạo thơm bằng phƣơng pháp SPME 3.4.2.1. Dụng cụ sử dụng cho kỹ thuật SPME Hình 3.1. Cấu tạo sợi chiết dùng trong kỹ thuật SPME Sợi chiết đƣợc sử dụng trong kỹ thuật SPME là một đoạn sợi quang học có chứa silica biến tính, ngắn và mỏng (dài khoảng 1 cm, đƣờng kính ngoài cỡ 0,11 mm), đƣợc bao phủ bên ngoài bởi một lớp polymer mỏng (ví dụ polydimethylsiloxane) (hình 3.1). Sợi chiết này khá ổn định cả ở nhiệt độ cao và có cấu tạo hóa học tƣơng nhƣ phía bên trong của cột mao quản silica biến tính sử dụng trong phƣơng pháp sắc ký khí. Sợi chiết đƣợc gắn với một cần kim loại, tất cả đƣợc đặt trong ống kim loại bảo vệ. Để thuận tiện khi sử dụng, toàn bộ hệ sợi chiết và các bộ phận phụ trợ đƣợc bố trí theo kiểu xyranh (hình 3.2). 25 25 Hình 3.2. Dụng cụ thực hiện kỹ thuật SPME Nhiều loại pha tĩnh tẩm cho sợi chiết đƣợc nghiên cứu với mục đích chiết các nhóm chất khác nhau. Giống nhƣ qui tắc khi lựa chọn cột sắc ký khí “các chất giống nhau dễ hòa tan trong nhau”, pha tĩnh tẩm sợi chiết cũng đƣợc lựa chọn trên cơ sở độ chọn lọc đối với các chất cần phân tích đã định và khả năng bay hơi của những chất này. Các pha tĩnh không phân cực (ví dụ: polymethylsiloxan) lƣu giữ hydrocacbon rất tốt. Ngƣợc lại, pha tĩnh phân cực (nhƣ polyacrylat và cacbowax) lại chiết đƣợc các hợp chất phân cực nhƣ phenol, acid cacboxylic rất hiệu quả. Ái lực của pha tĩnh đối với chất cần phân tích có tính chất quyết định trong việc lấy mẫu theo SPME vì cả nền mẫu và pha tĩnh đều cạnh tranh trong tƣơng tác với chất phân tích. Ví dụ, một pha tĩnh đƣợc lựa chọn để chiết các chất phân cực ra khỏi nƣớc phải có ái lực với chất phân tích mạnh hơn ái lực của nƣớc với chất đó thì mới có thể thực hiện đƣợc quá trình chiết theo yêu cầu. 26 3.4.2.2. Các bƣớc thực hiện trong kỹ thuật vi chiết xuất trên pha rắn Kỹ thuật chiết SPME gồm 2 giai đoạn: (1) phân bố chất phân tích giữa mẫu và pha tĩnh của sợi chiết, (2) chất phân tích đã làm giàu đƣợc giải hấp từ pha tĩnh của sợi chiết và chuyển vào thiết bị phân tích [34]. Hình 3.3. Các kỹ thuật chiết dùng trong phƣơng pháp SPME Để thực hiện quá trình chiết, mẫu nƣớc chứa chất hữu cơ hoặc mẫu rắn chứa chất hữu cơ dễ bay hơi cần phân tích đƣợc đặt trong lọ, đóng kín bằng nút có septum. Khi lấy mẫu, ống kim loại bảo vệ chứa sợi chiết SPME đâm xuyên qua septum, sau đó pittông sẽ đẩy sợi chiết lộ ra khỏi ống kim loại bảo vệ. Sợi chiết đƣợc nhúng vào mẫu lỏng hoặc nằm trong không gian hơi phía trên pha mẫu (headspace) (hình 3.3). Chất phân tích đƣợc chiết từ mẫu vào pha tĩnh của sợi chiết. Sau thời gian hấp phụ, sợi chiết đƣợc kéo vào trong lòng ống bảo vệ, rồi rút ra khỏi lọ đựng mẫu. Sau đó ống bảo vệ chứa sợi chiết đƣợc đƣa vào bộ phận bơm mẫu của sắc ký khí hoặc sắc ký lỏng cao áp, pittông lại đẩy sợi chiết ra khỏi ống bảo vệ. Lúc này, sợi chiết tiếp xúc với môi trƣờng nhiệt độ cao trong bộ phận bơm mẫu của GC, các chất phân tích đã làm giàu đƣợc giải hấp nhiệt và chuyển vào cột sắc ký khí. Trong HPLC, dung môi đƣợc sử dụng để giải hấp chất phân tích khỏi sợi chiết. Sau các 27 27 quá trình giải hấp này, sợi chiết lại đƣợc kéo vào lòng ống bảo vệ và rút ra khỏi bộ phận bơm mẫu. 3.4.2.3. Ứng dụng phƣơng pháp SPME trong chiết xuất hợp chất 2 – acetyl – 1 – pyrroline Grimm và ctv (2001) đã ứng dụng kỹ thuật SPME để khảo sát qui trình phân tích hàm lƣợng 2 – acetyl – 1 – pyrroline trong gạo thơm [33]. Theo họ, lƣợng 2 – AP thu đƣợc sẽ tăng gấp đôi khi tăng nhiệt độ từ 60oC lên 85oC. Ngƣợc lại, hàm lƣợng chất chuẩn 2,4,6 – trimethylpyridine sẽ giảm khi nhiệt độ tăng. Không có sự khác biệt đáng kể về hàm lƣợng 2 – AP khi chiết xuất mẫu ở 80°C và 85°C, do đó, 80 °C đƣợc xem là điểm nhiệt độ thích hợp cho quá trình chiết suất. Khoảng thời gian từ 10 – 15 phút đủ để thu nhận hầu hết các chất bay hơi, trong khi những thành phần ít bay hơi hơn nhƣ acid hữu cơ hay ester phải tốn hàng giờ mới có thể thu nhận đƣợc. Sau khi so sánh lƣợng 2 – AP thu đƣơc sau khoảng thời gian hấp phụ là 10, 15, 20 phút, họ đã rút ra kết luận thời gian chiết xuất mẫu phù hợp nhất là 15 phút. Kết quả nghiên cứu cho thấy, việc thêm nƣớc vào mẫu gạo sẽ giúp tăng hàm lƣợng 2 – AP thu nhận đƣợc, đồng thời giảm đƣợc yêu cầu phải nghiền mẫu, góp phần đơn giản hóa quá trình chuẩn bị mẫu. Lƣợng nƣớc cất tối ƣu sử dụng cho quá trình chiết suất là 200 µl. Để xác định lƣợng 2 – AP hấp thu, diện tích peak đƣợc chuyển thành khối lƣợng bằng cách dựng đƣờng chuẩn dựa trên chuẩn 2 – AP pha loãng trong CHCl3. Theo kết quả nghiên cứu của Casey và ctv (2001), hàm lƣợng 2 – AP trung bình thu đƣợc trong mẫu gạo Jasmine khi phân tích bằng phƣơng pháp SPME là 2,2 ng trong 0,75 g gạo, tƣơng đƣơng với 2,9 ppb. Phƣơng pháp SPME phù hợp cho việc so sánh mối tƣơng quan về nồng độ 2 – AP giữa các mẫu gạo khác nhau. Nhìn chung, trong tất cả các trƣờng hợp, phƣơng pháp SPME có thể phân biệt giữa gạo thơm và gạo thông thƣờng. Cấu tử 2 – AP đƣợc phân tách ở 5 phút 42 giây, và chỉ chiếm 1 lƣợng nhỏ trong tổng số các chất bay hơi, nhƣng lƣợng này đủ để chiếm ƣu thế trong thành phần chất thơm có trong cơm gạo. 28  Cách tiến hành: - Tiến hành thu mẫu lá (3 tuần/lần, 3cây/giống). - Lấy toàn bộ cả phần rễ cây, rửa sạch đất, cho vào bao plastic với một ít nƣớc ngập rễ. Bảo quản ở nhiệt độ mát. - Phân tích hàm lƣợng 2AP trong lá, hạt theo phƣơng pháp vi chiết xuất trên pha rắn SPME (theo Ringuet J., 2005 và Phan Phƣớc Hiền, 2005) [50, 48]: + Chuẩn bị mẫu: cắt bỏ rễ, thân, cắt nhỏ 0,5g ± 0,01g lá (hoặc 1,0g ± 0,01g hạt) cho vào vial, thêm 200µl KOH 0,1N, đậy nắp. Bảo quản mẫu ở nhiệt độ