Trích ly và vi bao gaba và các hợp chất tự nhiên từ hạt đậu xanh nảy mầm

Trích ly và vi bao gaba và các hợp chất tự nhiên từ hạt đậu xanh nảy mầm.Trích ly và vi bao gaba và các hợp chất tự nhiên từ hạt đậu xanh nảy mầm.Trích ly và vi bao gaba và các hợp chất tự nhiên từ hạt đậu xanh nảy mầm.Trích ly và vi bao gaba và các hợp chất tự nhiên từ hạt đậu xanh nảy mầm.Trích ly và vi bao gaba và các hợp chất tự nhiên từ hạt đậu xanh nảy mầm.Trích ly và vi bao gaba và các hợp chất tự nhiên từ hạt đậu xanh nảy mầm.Trích ly và vi bao gaba và các hợp chất tự nhiên từ hạt đậu xanh nảy mầm.Trích ly và vi bao gaba và các hợp chất tự nhiên từ hạt đậu xanh nảy mầm.Trích ly và vi bao gaba và các hợp chất tự nhiên từ hạt đậu xanh nảy mầm.Trích ly và vi bao gaba và các hợp chất tự nhiên từ hạt đậu xanh nảy mầm.Trích ly và vi bao gaba và các hợp chất tự nhiên từ hạt đậu xanh nảy mầm.Trích ly và vi bao gaba và các hợp chất tự nhiên từ hạt đậu xanh nảy mầm.Trích ly và vi bao gaba và các hợp chất tự nhiên từ hạt đậu xanh nảy mầm.Trích ly và vi bao gaba và các hợp chất tự nhiên từ hạt đậu xanh nảy mầm.Trích ly và vi bao gaba và các hợp chất tự nhiên từ hạt đậu xanh nảy mầm.Trích ly và vi bao gaba và các hợp chất tự nhiên từ hạt đậu xanh nảy mầm.Trích ly và vi bao gaba và các hợp chất tự nhiên từ hạt đậu xanh nảy mầm.Trích ly và vi bao gaba và các hợp chất tự nhiên từ hạt đậu xanh nảy mầm.Trích ly và vi bao gaba và các hợp chất tự nhiên từ hạt đậu xanh nảy mầm.Trích ly và vi bao gaba và các hợp chất tự nhiên từ hạt đậu xanh nảy mầm.Trích ly và vi bao gaba và các hợp chất tự nhiên từ hạt đậu xanh nảy mầm.Trích ly và vi bao gaba và các hợp chất tự nhiên từ hạt đậu xanh nảy mầm.Trích ly và vi bao gaba và các hợp chất tự nhiên từ hạt đậu xanh nảy mầm.Trích ly và vi bao gaba và các hợp chất tự nhiên từ hạt đậu xanh nảy mầm.Trích ly và vi bao gaba và các hợp chất tự nhiên từ hạt đậu xanh nảy mầm.Trích ly và vi bao gaba và các hợp chất tự nhiên từ hạt đậu xanh nảy mầm.Trích ly và vi bao gaba và các hợp chất tự nhiên từ hạt đậu xanh nảy mầm.Trích ly và vi bao gaba và các hợp chất tự nhiên từ hạt đậu xanh nảy mầm.Trích ly và vi bao gaba và các hợp chất tự nhiên từ hạt đậu xanh nảy mầm.Trích ly và vi bao gaba và các hợp chất tự nhiên từ hạt đậu xanh nảy mầm.Trích ly và vi bao gaba và các hợp chất tự nhiên từ hạt đậu xanh nảy mầm.Trích ly và vi bao gaba và các hợp chất tự nhiên từ hạt đậu xanh nảy mầm.Trích ly và vi bao gaba và các hợp chất tự nhiên từ hạt đậu xanh nảy mầm.Trích ly và vi bao gaba và các hợp chất tự nhiên từ hạt đậu xanh nảy mầm.Trích ly và vi bao gaba và các hợp chất tự nhiên từ hạt đậu xanh nảy mầm.Trích ly và vi bao gaba và các hợp chất tự nhiên từ hạt đậu xanh nảy mầm.Trích ly và vi bao gaba và các hợp chất tự nhiên từ hạt đậu xanh nảy mầm.Trích ly và vi bao gaba và các hợp chất tự nhiên từ hạt đậu xanh nảy mầm.Trích ly và vi bao gaba và các hợp chất tự nhiên từ hạt đậu xanh nảy mầm.Trích ly và vi bao gaba và các hợp chất tự nhiên từ hạt đậu xanh nảy mầm.Trích ly và vi bao gaba và các hợp chất tự nhiên từ hạt đậu xanh nảy mầm.Trích ly và vi bao gaba và các hợp chất tự nhiên từ hạt đậu xanh nảy mầm.Trích ly và vi bao gaba và các hợp chất tự nhiên từ hạt đậu xanh nảy mầm.Trích ly và vi bao gaba và các hợp chất tự nhiên từ hạt đậu xanh nảy mầm.Trích ly và vi bao gaba và các hợp chất tự nhiên từ hạt đậu xanh nảy mầm.

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

TRƯỜNG ĐẠI HỌC NÔNG LÂM TP HỒ CHÍ MINH

VŨ THUỲ ANH

TRÍCH LY VÀ VI BAO GABA VÀ CÁC HỢPCHẤT TỰ NHIÊN TỪ HẠT ĐẬU XANH NẢY

Chuyên ngành: Công nghệ thực phẩmMã số: 9.54.01.01

Giáo viên hướng dẫn: PGS TS Phan Tại Huân

LUẬN ÁN TIẾN SĨ NGÀNH CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM

TP HCM, năm 2024

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan mọi kết quả của luận án: “Trích ly và vi bao GABA và các hợp chấttự nhiên từ hạt đậu xanh nảy mầm" là công trình nghiên cứu của cá nhân tôi Các sốliệu, kết quả nêu trong luận án là trung thực, không sao chép từ bất kỳ một nguồn nàovà chưa từng được ai công bố trong bất kỳ công trình nào khác cho tới thời điểm này,ngoại trừ các bài báo của tôi đã đăng trên các tạp chí trong và ngoài nước.

Tp Hồ Chí Minh, ngày 02 tháng 05 năm 2024Tác giả luận án

Vũ Thuỳ Anh

LỜI CẢM ƠN

Lời đầu tiên, chân thành cảm ơn đến quý thầy cô Khoa Công Nghệ Hóa học và Thựcphẩm, Trường Đại học Nông Lâm TP Hồ Chí Minh đã tận tình giúp đỡ, hỗ trợ và tạomọi điều điện để tôi hoàn thành Luận án tốt nghiệp.

Chân thành cảm ơn Phòng Sau đại học, Trường Đại học Nông Lâm TP Hồ Chí Minhđã hỗ trợ và tạo điều kiện để tôi hoàn thành Luận án này.

Em xin gửi lời cảm ơn đến PGS.TS Phan Tại Huân, cảm ơn thầy đã luôn động viên, hỗtrợ, chỉ dẫn trong suốt quá trình thực hiện nghiên cứu.

Cuối cùng, xin bày tỏ lòng biết ơn đối với gia đình, người thân và bạn bè và các emsinh viên đã hỗ trợ hoàn thành luận án này.

Chân thành cảm ơn!

Kết quả nghiên cứu cho thấy quá trình ngâm và ủ để hạt nảy mầm cần kiểm soát tốt cácthông số về nhiệt độ, thời gian ngâm và ủ hạt, độ ẩm không khí trong quá trình ủ hạt vàđiều kiện chiếu sáng đèn LED thì hàm lượng GABA và polyphenol sẽ tăng đáng kể sauquá trình nảy mầm Trong quá trình nảy mầm hạt đậu xanh ngâm 30oC/8h và ủ 35oCvới độ ẩm không khí 90% và điều kiện chiếu sáng có đèn LED có hiệu quả thúc đẩynhanh quá trình nảy mầm và tổng hợp GABA và polyphenol sau 12 giờ ủ Hàm lượngGABA tăng 12 lần và polyphenol tăng 2 lần so với hạt đậu xanh nguyên liệu.

Mầm hạt đậu xanh sau khi xay phối với nước theo tỉ lệ 1:20 (w/w), nồng độ enzymealcalase 2,2 % (w/w) so với nguyên liệu, trích ly ở 53oC/62 phút thì hàm lượng GABA

đạt 57,01 mg/g vck và hàm lượng polyphenol đạt 6,52 mg GAE/g, vck, hàm lượng đạttốt nhất trong số các phương pháp trích ly thử nghiệm Quá trình trích ly dịch mầm hạtđậu xanh có hỗ trợ của enzyme alcalase là phương pháp công nghệ xanh, thân thiện vớimôi trường và sức khỏe của người sản xuất và người tiêu dùng.

Sau quá trình trích ly, dịch trích từ mầm hạt đậu xanh được phối với hỗn hợp vỏ baogum Arabic: whey protein với tỉ lệ 50:50 (v/v), tỉ lệ dịch trích với vỏ bao 32: 100 (v/v)và nồng độ vỏ bao 20% đã được tối ưu thành công bằng phương pháp bề mặt đáp ứng.Mô hình đa thức bậc hai được xây dựng đã được kiểm chứng phù hợp để mô tả và dựđoán các hiệu quả vi bao và hiệu suất vi bao GABA và TPC với hệ số R2 cao Ở côngthức vi bao tối ưu, hiệu quả vi bao GABA và TPC lần lượt đạt được là 97,83% và76,06%; hiệu suất vi bao tính theo GABA và TPC lần lượt là 86,14% và 82,60%.

Kết quả nghiên cứu động học thất thoát các hợp chất có hoạt tính sinh học tự nhiên ởcác nhiệt độ khác nhau (30, 40 và 50oC) và độ ẩm tương đối đã xác định được ẩm cânbằng của bột vi bao tính theo mô hình BET là 4,70% (R2 = 0,94) Ngoài ra, kết quảnghiên cứu động học tốc độ giải phóng của hạt vi bao ở các điều kiện khác nhau (nhiệtđộ, pH, môi trường và thời gian) đã xác định được mô hình Korsemyer-Peppas và môhình Higuchi cho kết quả phù hợp nhất có thể được sử dụng để dự đoán tốc độ giảiphóng GABA và polyphenol do có hệ số R2 cao.

Từ khoá: Đậu xanh; GABA; nảy mầm; polyphenol; stress; trích ly; vi bao.

PhD's title: "Extraction and encapsulation of GABA and natural compoundsfrom germinated mung beans"

Author: NCS Vũ Thuỳ Anh

Major: Food Technology Code: 9.54.01.01

The research aimed to enhance the levels of specific natural bioactive compounds inmung beans through a systematic process involving germination, subsequentextraction, and encapsulation of valuable compounds such as GABA (Gamma-aminobutyric acid) and polyphenol The specific objectives included: i) Determiningthe parameters of the germination process to obtain germinated mung beans rich innatural bioactive compounds; ii) Identifying the optimal extraction conditions to obtainextracts with high GABA and polyphenol content; iii) Establishing the optimalencapsulation formula to achieve the highest encapsulation efficiency andencapsulation yield of natural compounds using the freeze-drying method; and iv)Investigating the model and mechanism of release of GABA and polyphenol frommicroencapsulated powder in different environments, and determining the kineticparameters of loss of GABA and polyphenol during storage.

The results indicate that the germination and soaking process for mung beansnecessitate precise control of parameters, including temperature, soaking andgermination time, air humidity during germination, and LED lighting conditions, tosignificantly enhance the GABA and polyphenol contents following the germinationprocess Specifically, germinating mung beans at 30°C for 8 hours and germinating at35°C with 90% air humidity, along with effective LED lighting, accelerated thegermination process and the synthesis of GABA and polyphenol This led to aremarkable 12-fold increase in GABA and a twofold increase in polyphenol comparedto the original mung beans.

After blending germinated mung beans with water at a ratio of 1:20 (w/w) and using a2.2% (w/w) concentration of alcalase enzyme, extraction at 53°C for 62 minutesresulted in a GABA content of 57.01 mg/g DW and a polyphenol content of 6.52 mgGAE/g DW This method achieved the highest content of GABA and polyphenolamong the tested extraction methods The extraction process of germinated mung beanextract with the assistance of alcalase enzyme is an environmentally friendly andtechnologically advanced approach, beneficial for both the health of producers andconsumers, as well as being eco-friendly.

Following the extraction process, the extract from mung beans was mixed with amixture of wall materials consisting of gum arabic and whey protein in a 50:50 (v/v)ratio with a concentration of wall materials of 20% (w/v), and a ratio of the extract towall materials of 32:100 (v/v), which was successfully optimized using the responsesurface methodology A quadratic polynomial model was developed and found suitablefor describing and predicting the encapsulation efficiency and extraction yield ofGABA and TPC, with high R2 values In the optimal encapsulation formula, theencapsulation efficiencies and encapsulation yields for GABA and TPC were achievedand confirmed to be 97.83%, 76.06%, 86.14%, and 82.60%, respectively.

The results of the study on the kinetics of the release of natural bioactive compounds atdifferent temperatures (30, 40, and 50°C) and relative humidity have determined theequilibrium moisture content of the encapsulated powder using the BET model as4.70% (R2 = 0.94) Furthermore, the kinetics of the release rate of the encapsulatedparticles under various conditions (temperature, pH, environment, and time) have beendescribed using the Korsmeyer-Peppas model and the Higuchi model These modelsprovide the most suitable predictions for the release rates of GABA and polyphenol,characterized by high R2 values.

Keywords: Mung bean; GABA; germination, polyphenol; stress; extraction; encapsulation.

DANH MỤC CÁC XUẤT BẢN TỪ LUẬN ÁN1 Bài báo khoa học

Anh Thuy Vu, Tuyen Chan Kha, Huan Tai Phan (2024) Encapsulation of bioactive

compounds from germinated mung bean by freeze drying and release kinetics.

Foods Journal, 13(1), 100 The Special Issue Application of Bioactive

Compounds and Their Micro/Nano Encapsulation in Food Q1.

Anh Thuy Vu, Tuyen Chan Kha, Huan Tai Phan (2024) Optimization of

enzyme-assisted extraction conditions for gamma-aminobutyric acid and polyphenols in

germinated mung beans (Vigna radiata L.) Journal of Applied Biology &Biotechnology, 12(1), 273-282 http://doi.org/10.7324/JABB.2024.155215 Q3.

Anh T Vu, Tuyen C Kha, and Huan T Phan (2023) The changes in

Gamma-aminobutyric acid and polyphenols in mung beans (Vigna radiata L.) duringgermination IOP Conference Series: Earth and Environmental Science,

1155(1), 012024 DOI: 10.1088/1755-1315/1155/1/012024 SCOPUS.

Vu, A T., Kha, T C., & Phan, H T (2019) Ảnh hưởng của điều kiện ngâm và ủ đến

hàm lượng gamma - aminobutyric acid và polyphenol trong hạt đậu xanh nẩy

mầm Tạp Chí Nông nghiệp Và Phát triển, 18(2), 112-118 DOI:

2 Chương sách

Anh Thuy Vu & Tuyen Chan Kha (2023) Microencapsulation In: Felipe

López-Saucedo, Synthesis of Nanomaterials, Frontiers in Nanomedicine 3, 222-258.

3 Báo cáo hội thảo quốc tế

Anh Thuy Vu, Tuyen Chan Kha, Huan Tai Phan (2022) The changes in

Gamma-aminobutyric acid and polyphenols in mung beans during the germination The4th International Conference on Sustainable Agriculture and Environment,

November 18, 2022 Nong Lam University Oral presentation.

Anh Thuy Vu, Tuyen Chan Kha (2020) Effects of soaking and germination conditions

on the content of GABA (γ-aminobutyric acid) and polyphenol in mung bean

sprout The International Symposium on Low-Temperature Processing of Foods.

Chuzhou University, China Online presentation.

Mục tiêu 4

Nội dung nghiên cứu 4

Ý nghĩa của luận án 5

Điểm mới của luận án 6

Bố cục của luận án 6

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN 7

1.1Tổng quan về đậu xanh 7

1.1.1 Thành phần hoá học của đậu xanh 7

1.1.2 Lợi ích sức khỏe của hạt đậu xanh 11

1.2Quá trình nảy mầm hạt đậu xanh 13

1.2.1 Quá trình nảy mầm 13

1.2.2 Các yếu tố ảnh hưởng quá trình nảy mầm 14

1.2.2.2Oxy 15

1.2.2.3Nhiệt độ 15

1.2.2.4Ánh sáng 15

1.2.3 Các biến đổi của hạt đậu xanh trong quá trình nảy mầm 16

1.3Trích ly các hợp chất có hoạt tính sinh học với sự hỗ trợ của enzyme 21

2.2Phương pháp nghiên cứu 43

2.2.1 Sơ đồ nghiên cứu tổng quát 43

2.2.2 Nội dung 1: Tác động của các yếu tố ảnh hưởng trong quá trình nảy mầm 45

Thí nghiệm 1: Ảnh hưởng của nhiệt độ và thời gian ngâm hạt đậu xanh đến hàm lượngGABA và TPC 46

Thí nghiệm 2: Ảnh hưởng của nhiệt độ và thời gian ủ hạt đậu xanh đến hàm lượng

Thí nghiệm 7: Ảnh hưởng của điều kiện chiếu sáng và thời gian ủ hạt đậu xanh đếnhàm lượng GABA và TPC 49

2.2.3 Nội dung 2: Tối ưu điều kiện trích ly các hợp chất tự nhiên trong hạt nảy mầm 50

Thí nghiệm 1 Ảnh hưởng của tỉ lệ đậu xanh nảy mầm và nước 51

Thí nghiệm 2: Ảnh hưởng của nhiệt độ 52

Thí nghiệm 3: Ảnh hưởng của thời gian 52

Thí nghiệm 4: Ảnh hưởng của nồng độ enzyme 53

Thí nghiệm 5: Tối ưu điều kiện trích ly bằng phương pháp bề mặt đáp ứng 53

2.2.4 Nội dung 3: Vi bao hợp chất có hoạt tính sinh học trong dịch trích hạt đậu xanh nảymầm 54

Thí nghiệm 1: Khảo sát loại vỏ bao thích hợp 55

Thí nghiệm 2: Khảo sát tỉ lệ giữa của các vỏ bao 56

Thí nghiệm 3: Khảo sát tỉ lệ giữa dịch trích và vỏ bao phù hợp 56

Thí nghiệm 4: Khảo sát nồng độ vỏ bao phù hợp 57

Thí nghiệm 5: Tối ưu công thức phối trộn 57

2.2.5 Nội dung 4: Động học giải phóng và động học suy giảm các hợp chất trong bột vi bao

Thí nghiệm 1: Mô hình tốc độ giải phóng ở các điều kiện khác nhau 58

Thí nghiệm 2: Ảnh hưởng của nhiệt độ và thời gian trong quá trình bảo quản 59

Thí nghiệm 3: Ảnh hưởng của độ ẩm không khí 59

2.3Phương pháp phân tích các chỉ tiêu 60

2.4Phương pháp xử lý số liệu 60

CHƯƠNG 3 KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 62

3.1Tác động của các yếu tố trong quá trình nảy mầm 62

3.1.1Ảnh hưởng của nhiệt độ và thời gian ngâm 62

3.1.2Ảnh hưởng của nhiệt độ và thời gian ủ 64

3.1.3Ảnh hưởng độ ẩm không khí trong quá trình nảy mầm hạt đậu xanh 67

3.1.4Ảnh hưởng của nồng độ muối trong quá trình ngâm 69

3.1.5Ảnh hưởng của nồng độ muối trong quá trình ủ 71

3.1.6Ảnh hưởng của điều kiện chiếu sáng trong quá trình ngâm 74

3.1.7Ảnh hưởng của điều kiện ánh sáng trong quá trình ủ 76

3.1.8Nhận xét chung về tác động của các yếu tố trong quá trình nảy mầm 78

3.2Tối ưu điều kiện trích ly các hợp chất tự nhiên trong hạt nảy mầm 79

3.2.1Ảnh hưởng của tỉ lệ nguyên liệu và dung môi 79

3.2.2Ảnh hưởng của nhiệt độ 81

3.2.3Ảnh hưởng của thời gian 82

3.2.4Ảnh hưởng của nồng độ enzyme 84

3.2.5Tối ưu điều kiện trích ly bằng phương pháp bề mặt đáp ứng 85

3.2.6Phân tích định tính các hợp chất tự nhiên 94

3.2.7Nhận định chung về trích ly các hợp chất tự nhiên trong hạt đậu xanh nảy mầm 95

3.3 bao hợp chất có hoạt tính sinh học trong dịch trích hạt đậu xanhVi nảy mầm 97

3.3.1Ảnh hưởng của loại vỏ bao thích hợp 97

3.3.2Tỉ lệ giữa các loại vỏ bao phù hợp 100

3.3.3Tỉ lệ giữa dịch trích và vỏ bao 103

3.3.4Nồng độ vỏ bao 107

3.3.5Tối ưu công thức vi bao 110

3.3.6Phân tích định lượng và định tính các hợp chất tự nhiên 123

3.3.7Hình thái và phân bố kích thước bột vi bao 124

3.3.8Nhận xét chung về vi bao hợp chất có hoạt tính sinh học trong dịch trích hạt đậu xanhnảy mầm 126

3.4Động học giải phóng và suy giảm các hợp chất có hoạt tính sinh học 127

3.4.1Động học giải phóng các hợp chất có hoạt tính sinh học 127

3.4.2Động học suy giảm các hợp chất có hoạt tính sinh học 133

3.4.3Nhận xét chung về động học giải phóng và suy giảm các hợp chất có hoạt tính sinhhọc 138

Phụ lục I: Phương pháp phân tích các chỉ tiêu

Phụ lục II: Nội dung 1 Nghiên cứu tác động của điều kiện stress trong quá trình nảy mầm

Phụ lục III: Nội dung 2: Tối ưu điều kiện trích ly các hợp chất tự nhiên trong hạt nảy mầm

Phụ lục IV: Nội dung 3 Vi bao hợp chất có hoạt tính sinh học trong dịch trích hạt đậu xanh nảymầm

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CHỮ VIẾT TẮT

MỤC LỤC BẢNG

Bảng 1.1 Thành phần dinh dưỡng trong hạt đậu xanh 7

Bảng 1.2 Thành phần polyphenol trong hạt đậu xanh 9

Bảng 1.3 Hoạt tính sinh học của một số hợp chất tự nhiên có trong hạt đậu xanh 10

Bảng 1.4 Các nghiên cứu về quá trình nảy mầm sinh hàm lượng GABA 19

Bảng 1.5 So sánh các phương pháp trích ly các hợp chất có hoạt tính sinh học từ thựcvật 23

Bảng 1.6 Các nghiên cứu trích ly các hợp chất có hoạt tính sinh học bằng các enzymekhác nhau 27

Bảng 1.7 Đặc điểm của các quan trọng của vật liệu vỏ bao thông dụng 31

Bảng 2.1 Hóa chất sử dụng trong các thí nghiệm 41

Bảng 2.2 Các dụng cụ, thiết bị sử dụng trong nghiên cứu 43

Bảng 2.3 Mã hoá của các yếu tố thí nghiệm trích ly tối ưu theo mô hình BBD 54

Bảng 2.4 Mã hoá của các yếu tố thí nghiệm tối ưu công thức vi bao theo mô hình BBD 58

Bảng 3.1 Giá trị thí nghiệm và dự đoán của hàm lượng GABA và TPC trong thiết kếkiểu Box-Behnken 86

Bảng 3.2 Các hệ số hồi quy của phương trình bậc hai và sai số chuẩn mô tả sự thay đổihàm lượng GABA and TPC 87

Bảng 3.3 Các chất sinh học tiêu biểu có trong hạt đậu xanh và dịch trích hạt đậu xanhnảy mầm phân tích bằng LC-MS/MS 95

Bảng 3.4 Ảnh hưởng của các loại vỏ bao đến hiệu suất thu hồi bột và độ ẩm bột 100

Bảng 3.5 Ảnh hưởng của tỉ lệ giữa hai vỏ bao đến hiệu suất thu hồi (%) và độ ẩm bột 103

Bảng 3.6 Ảnh hưởng của các tỉ lệ dịch trích đến hiệu suất thu hồi bột và độ ẩm bột 106

Bảng 3.7 Ảnh hưởng của nồng độ vỏ bao đến hiệu suất thu hồi bột và độ ẩm bột 109

Bảng 3.8 Hiệu quả và hiệu suất vi bao GABA và TPC ở các công thức khác nhau 112

Bảng 3.9 Hệ số hồi quy của phương trình đa thức bậc 2 mô tả ảnh hưởng của côngthức vi bao đến hiệu quả và hiệu suất vi bao tính theo hàm lượng GABA và TPC 113

Bảng 3.10 Hàm lượng các hợp chất polyphenol đơn lẻ trong bột vi bao 124

Bảng 3.11 Hệ số hồi quy của các mô hình dự đoán tốc độ giải phóng GABA và

polyphenol ở các pH và nhiệt độ khác nhau trong môi trường nước 131

Bảng 3.12 Hệ số hồi quy của các mô hình dự đoán tốc độ giải phóng GABA và

polyphenol ở các pH khác nhau trong môi trường SGF và SIF 132

Bảng 3.13 Động học suy giảm GABA và TPC của bột vi bao 135

MỤC LỤC HÌNH

Hình 1.1 Các giai đoạn của quá trình nảy mầm hạt và phát triển thành cây con 13

Hình 1.2 Cơ chế giải phóng thông thường cho việc phân rã cấu trúc hạt vi bao 37

Hình 2.1 Sơ đồ nghiên cứu tổng quát các thí nghiệm từ nảy mầm, trích ly đến vi bao 44

Hình 2.2 Quy trình tổng quát thực hiện các thí nghiệm nảy mầm 45

Hình 3.8 Ảnh hưởng của tỉ lệ đậu xanh nảy mầm và nước đến hàm lượng GABA vàTPC trong dịch trích 80

Hình 3.9 Ảnh hưởng của nhiệt độ ủ đến hàm lượng GABA và TPC trong dịch trích 82

Hình 3.10 Ảnh hưởng của thời gian đến hàm lượng GABA và TPC trong dịch trích 83

Hình 3.11 Ảnh hưởng của nồng độ enzyme hàm lượng GABA và TPC trong dịch trích 85

Hình 3.12 Đồ thị bề mặt đáp ứng 3D và đường đồng mức 2D biểu diễn ảnh hưởng củanhiệt độ (X 1 ), thời gian (X 2 ) và nồng độ enzyme (X 3 ) đến hàm lượng GABA .90

Hình 3.13 Đồ thị bề mặt đáp ứng 3D và đường đồng mức 2D biểu diễn ảnh hưởng củanhiệt độ (X 1 ), thời gian (X 2 ) và nồng độ enzyme (X 3 ) đến hàm lượng TPC .91

Hình 3.14 Đồ thị dự đoán hàm lượng GABA và TPC với sự thay đổi của nhiệt độ, thờigian và nồng độ enzyme 93

Hình 3.15 Ảnh hưởng của loại vỏ vi bao đến hiệu quả vi bao GABA (A) và TPC (B)98

Hình 3.16 Ảnh hưởng của loại vỏ vi bao đến hiệu suất vi bao GABA (A) và TPC (B) 99

Hình 3.17 Ảnh hưởng của tỉ lệ vỏ bao (GA: WP) đến hiệu quả vi bao tính theo GABA(A) và TPC (B) 101

Hình 3.18 Ảnh hưởng của tỉ lệ vỏ bao GA: WP (v/v) đến hiệu suất vi bao tính theoGABA (A) và TPC (B) 102

Hình 3.19 Ảnh hưởng của tỉ lệ dịch trích: vỏ bao (v/v) đến hiệu quả vi bao GABA (A)và

Hình 3.22 Ảnh hưởng của nồng độ vỏ bao đến hiệu suất vi bao GABA (A) và TPC (B) 109

Hình 3.23 Đồ thị bề mặt đáp ứng 3D và đường đồng mức 2D biểu diễn ảnh hưởng củacông thức vi bao đến hiệu quả vi bao GABA 115

Hình 3.24 Đồ thị bề mặt đáp ứng 3D và đường đồng mức 2D biểu diễn ảnh hưởng củacông thức vi bao đến hiệu quả vi bao TPC 116

Hình 3.25 Đồ thị bề mặt đáp ứng 3D và đường đồng mức 2D biểu diễn ảnh hưởng củacông thức vi bao đến hiệu suất vi bao GABA 119

Hình 3.26 Đồ thị bề mặt đáp ứng 3D và đường đồng mức 2D biểu diễn ảnh hưởng củacông thức vi bao đến hiệu suất vi bao TPC 120

Hình 3.27 Mô hình dự đoán hiệu quả vi bao và hiệu suất vi bao GABA và TPC là mộthàm của tỉ lệ vỏ bao (X 1 ), tỉ lệ dịch trích: vỏ bao (X 2 ) và nồng độ vỏ bao (X 3 ) .122

Hình 3.28 Đồ thị sắc ký của các hợp chất chuẩn (A) và mẫu bột vi bao 124

Hình 3.29 Hình ảnh chụp SEM ở các độ phóng đại khác nhau (A1, x100; A2, x500 vàA3, x1000) và phân bố kích thước hạt bột vi bao (B) 125

Hình 3.30 Ảnh hưởng của nhiệt độ đến giải phóng GABA và TPC ở các pH khác nhautrong môi trường nước 128

Hình 3.31 Ảnh hưởng của pH đến giải phóng GABA và TPC trong môi trường SGF vàSIF ở nhiệt độ 37 o C 128

Hình 3.32 Sự suy giảm GABA (A) và TPC (B) ở các nhiệt độ bảo quản 134

Hình 3.33 Ảnh hưởng của độ ẩm không khí (ERH) đến độ ẩm cân bằng (EMC) của bộtvi bao ở nhiệt độ môi trường 136

Hình 3.34 Ảnh hưởng của các độ ẩm tương đối khác nhau đến hàm lượng GABA vàTPC 137

MỞ ĐẦUĐặt vấn đề

Đậu xanh (Vigna radiata L.) chứa nhiều thành phần dinh dưỡng cân đối như protein,

amino acid, oligosaccharide và chất xơ, cùng một lượng đáng kể các hợp chất có hoạttính sinh học, đã được chứng minh có lợi cho sức khoẻ con người như chống oxy hóa,kháng khuẩn, chống sưng tấy, giảm viêm và điều hòa chuyển hóa lipid Trong quá trìnhnảy mầm hạt, các enzyme nội bào được hoạt hoá và các hợp chất dự trữ như protein vàcarbohydrate được phân cắt thành các phân tử nhỏ và các hợp chất mới được hìnhthành Quá trình nảy mầm đã nâng cao hàm lượng Gamma-aminobutyric acid (GABA)và polyphenol trong các hạt ngũ cốc (Paucar-Menacho, Peñas, et al., 2017) Hàm lượngcác hợp chất tự nhiên này có trong các mầm hạt ngũ cốc có lợi ích đáng kể cho cơ thểcon người (Kanatt et al., 2011; Randhir et al., 2004) Tương tự, quá trình nảy mầm cảithiện chất lượng dinh dưỡng và y học của đậu xanh (El-Adawy et al., 2003) Mặc dùGABA có sẵn trong nhiều trái cây và rau quả nhưng nồng độ của nó trong các loại thựcphẩm tự nhiên này rất thấp, dao động từ 0,03 đến 2,00 μmol/g trọng lượng tươi Vì thế,mol/g trọng lượng tươi Vì thế,nhiều nghiên cứu tập trung vào việc tìm kiếm những phương pháp mới để tăng hàmlượng GABA trong thực phẩm tự nhiên có lợi cho sức khỏe con người (Song and Yu,2018).

Các nghiên cứu cho thấy hạt nảy mầm là nguồn có giá trị về các hợp chất hoạt tính sinhhọc tự nhiên và chất chống oxy hóa Tuy nhiên, hàm lượng các hợp chất này phụ thuộcrất lớn vào điều kiện xử lý hạt (thời gian ngâm hạt trước nảy mầm) và chế độ nảy mầm(nhiệt độ và thời gian), độ ẩm hạt, môi trường nảy mầm sáng hay tối và độ ẩm tươngđối của môi trường (El-Adawy et al., 2003; Paucar-Menacho, Peñas, et al., 2017) Vìvâỵ, xác định điều kiện ngâm và ủ trong quá trình nảy mầm hạt đậu xanh nhằm thuđược các hàm lượng GABA và polyphenol cao nhất là điều quan trọng.

Để thu nhận các hợp chất tự nhiên mong muốn như GABA và polyphenol và mở rộnghướng ứng dụng, việc trích ly các hợp chất có hoạt tính sinh học từ nguồn thực vật, đặc

biệt là đậu xanh nảy mầm là cần thiết Có nhiều phương pháp trích ly như trích ly có hỗ

trợ siêu âm, vi sóng và enzyme được sử dụng rộng rãi hơn trong các ngành côngnghiệp thực phẩm, mỹ phẩm và dược phẩm do có nhiều ưu điểm hơn các phương phápthông thường (ngâm, thẩm thấu và chiết Soxhlet và (Jha and Sit, 2022) Việc lựa chọnphương pháp trích ly phù hợp phụ thuộc vào loại nguyên liệu thô, quá trình chuẩn bị vànăng lượng tiêu thụ Cần lựa chọn phương pháp giảm thiểu thất thoát các hợp chất cóhoạt tính sinh học tự nhiên, tiêu hao ít năng lượng, thu được lượng hợp chất có hoạttính sinh học cao nhất và thân thiện với môi trường Trong đó, trích ly có sự hỗ trợ củaenzyme (EAE), được coi là thân thiện với môi trường, giảm thời gian trích ly, tăng hiệusuất trích ly, giảm chi phí và công nghệ trích ly đơn giản, là giải pháp thay thế tiềmnăng cho các phương pháp trích ly thông thường (Zhang et al., 2018) EAE đã được sửdụng rộng rãi trong việc trích ly các hợp chất có hoạt tính sinh học từ nhiều nguồn thựcvật khác nhau, chẳng hạn như flavonoid (naringin) từ vỏ cam quýt (Kaur et al., 2010;Puri et al., 2012), phenolic tổng từ vỏ quả lựu (Nag and Sit, 2018) và các peptide hoạttính sinh học có hoạt tính chống oxy hóa cao từ protein đậu bắp (Sbrdggid et al., 2016).Nhìn chung, sử dụng enzyme giúp tăng hiệu suất trích ly các hợp chất hoạt tính sinhhọc Việc lựa chọn enzyme phụ thuộc vào đặc tính bên trong của từng nguyên liệunguồn và hợp chất mong muốn Ví dụ, các enzyme từ nhóm protease, như alcalase vàpapain, đã được sử dụng để chiết xuất protein và amino acid từ các hạt (Xie et al.,2019) Vì GABA là một amino acid nên alcalase là enzyme được lựa chọn để trích lycác hợp chất có hoạt tính sinh học từ đậu xanh nảy mầm Để xác định các thông số củaquá trình trích ly EAE và tối ưu hóa các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình trích ly như tỉlệ nguyên liệu và nước, nhiệt độ, thời gian trích ly, nồng độ enzyme và tối ưu hóa cácyếu tố này nhằm đạt được hàm lượng cao nhất của các hợp chất có hoạt tính sinh họctrong dịch trích bằng enzyme alcalase là cần thiết.

Như đã trình bày ở trên, các hợp chất có hoạt tính sinh học đóng vai trò rất quan trọngđối với sức khỏe con người Tuy nhiên, các hợp chất này thường không ổn định và rấtdễ bị phân hủy dưới các điều kiện môi trường như nhiệt độ, ánh sáng, không khí và độẩm, hạn chế ứng dụng các hợp chất này trong thực phẩm và dược phẩm Để khắc phục

nhược điểm này, một trong những kỹ thuật hiệu quả là vi bao các hợp chất tự nhiên đểtránh tiếp xúc với các điều kiện môi trường bất lợi, đồng thời cho phép ứng dụng đadạng trong các lĩnh vực khác nhau Ưu điểm khác của công nghệ vi bao là tốc độ giảiphóng vật liệu lõi từ vỏ bao có thể được kiểm soát ở các điều kiện phù hợp (nhiệt độ,chiếu xạ, pH hoặc thẩm thấu) tại một thời điểm nhất định (Abbas et al., 2012) Mộttrong điều kiện tiên quyết quyết định thành công của của kỹ thuật vi bao là lựa chọn vỏbao phù hợp Mỗi loại vật liệu vỏ bao có những đặc tính khác nhau, có những ưu điểmvà nhược điểm về hiệu quả vi bao để bảo vệ và ổn định vật lõi, cần nghiên cứu sự kếthợp của các loại vật liệu vỏ khác nhau Theo Sun-Waterhouse et al (2011), các vật liệuvỏ bao khác nhau có tính chất vật lý và hóa học khác nhau, cần có sự kết hợp giữa cácvật liệu vỏ bao để bảo vệ và kiểm soát hiệu quả các hợp chất tự nhiên.

Việc giải phóng các hợp chất trong hạt vi bao là bước cuối cùng của công nghệ vi bao,tốc độ và cơ chế giải phóng phải được xác định, tùy thuộc vào mục đích của vi bao.Điều này là do đặc tính giải phóng bị ảnh hưởng đáng kể bởi việc lựa chọn vật liệu baovà phương pháp vi bao Khả năng giải phóng vật liệu lõi được kiểm soát tốt là mộttrong những đặc tính quan trọng nhất của hạt vi bao Tốc độ giải phóng phụ thuộc vàođặc tính vật liệu vỏ, đặc tính hạt vi bao và điều kiện môi trường thực tế (Shahidi andHan, 1993) Tốc độ giải phóng thông thường được xác định bằng thực nghiệm trongđiều kiện thực tế mà chúng sẽ được áp dụng và có thể tuân theo phương trình bậc 0hoặc bậc một hoặc các mô hình toán học khác Do đó, nghiên cứu về động học của tốcđộ giải phóng để hiểu các đặc điểm giải phóng tại tại thời điểm và môi trường nhấtđịnh là quan trọng.

Trong ngành thực phẩm, điều quan trọng là phải biết tính ổn định của sản phẩm trongquá trình bảo quản Chất lượng của sản phẩm thực phẩm nói chung và bột vi bao nóiriêng thay đổi theo thời gian do điều kiện bảo quản cụ thể như ánh sáng, không khí vànhiệt độ Hơn nữa, cần phải xây dựng được đường đẳng nhiệt hấp phụ ẩm để tính toánsự thay đổi độ ẩm và dự đoán độ ổn định của sản phẩm trong quá trình bảo quản Vìvậy, nghiên cứu về bảo quản bột vi bao GABA và polyphenol là cần thiết trong việc

xác định ảnh hưởng của các điều kiện bảo quản đối với bột vi bao.

Mục tiêu

Nghiên cứu được thực hiện nhằm gia tăng hàm lượng một số hợp chất có hoạt tính sinhhọc tự nhiên trong hạt đậu xanh thông qua kích thích quá trình nảy mầm, tiếp đó tối ưuhoá điều kiện trích ly để đạt được hàm lượng các hợp chất có hoạt tính sinh học tựnhiên cao nhất, áp dụng công nghệ vi bao các hợp chất có giá trị như GABA và TPCthu được, xác định cơ chế giải phóng các hợp chất tự nhiên từ bột vi bao và đánh giátính ổn định.

Nội dung nghiên cứu

Để đáp ứng được mục tiêu trên, luận án được thực hiện với 04 nội dung chính, bao gồm:Nội dung 1: Tác động của các yếu tố ảnh hưởng trong quá trình nảy mầm.

Nội dung 2: Tối ưu điều kiện trích ly các hợp chất tự nhiên trong hạt nảy mầm.Nội dung 3: Vi bao hợp chất có hoạt tính sinh học trong dịch trích hạt đậu xanh nảymầm.

Nội dung 4: Động học giải phóng và động học suy giảm các hoạt chất trong bột vibao.

Ý nghĩa của luận án

Luận án đã đóng góp các giải pháp thiết thực, nghiên cứu toàn diện và có hiệu quả caotrong việc tăng hàm lượng GABA và polyphenol thông qua quá trình nảy mầm hạt đậuxanh, trích ly với sự hỗ trợ của enzyme và vi bao các hợp chất có hoạt tính sinh học.Trong nghiên cứu về các điều kiện nảy mầm, luận án đã nghiên cứu toàn diện từ việclựa chọn hạt đậu xanh, đến các quá trình ngâm, ủ hạt và xác định được các điều kiệnquan trọng ảnh hưởng đến quá trình nảy mầm (độ ẩm không khí, điều kiện ánh sáng,nhiệt độ) Các kết quả của luận án đã thu được hàm lượng GABA cao tăng 12 lần vàpolyphenol tăng 2 lần so với hạt đậu xanh nguyên liệu.

Việc nghiên cứu tối ưu hoá điều kiện trích ly với sự hỗ trợ enzyme bằng phương phápbề mặt đáp ứng đã nâng cao hiệu suất trích ly GABA và TPC từ hạt đậu xanh nảymầm Kết quả đã cho thấy dịch trích tối ưu có hàm lượng các hợp chất có hoạt tính sinhhọc cao có tiềm năng sử dụng trực tiếp vào các sản phẩm khác nhau như đồ uống, nướcép trái cây và đồ uống dinh dưỡng khác Dịch trích là nguồn nguyên liệu quý cho việcthiết kế và phát triển các loại thuốc mới vì nó cung cấp một lượng GABA và TPC cao.Để đa dạng hoá sản phẩm, tăng tính tiện lợi và đặc biệt kéo dài thời gian bảo quản củacác hợp chất tự nhiên, luận án đã nghiên cứu công nghệ vi bao các hợp chất tự nhiên từdịch trích tối ưu thông qua tối ưu công thức trước khi sấy thăng hoa Kết quả tối ưu hoáđã cho thấy hiệu quả và hiệu suất vi bao cao, cho thấy tiềm năng ứng dụng công nghệvi bao để tạo ra sản phẩm bột vi bao có chất lượng cao Ngoài ra, luận án cũng đãnghiên cứu động học thất thoát các hợp chất GABA, TPC và dự đoán được thời gianbảo quản của bột vi bao tối ưu thông qua các phương trình động học, đặc biệt đã xácđịnh được độ ẩm cân bằng của bột vi bao và cho thấy bột có thể bảo quản trong thờigian dài Công nghệ vi bao đòi hỏi cần phải đánh giá được động học giải phóng và cơchế giải phóng các hợp chất có hoạt tính sinh học ở các điều kiện khác nhau Luận ánđã có những đóng góp quan trọng trong nghiên cứu công nghệ vi bao các hợp chất cóhoạt tính sinh học.

Tóm lại, luận án đã có những đóng góp có ý nghĩa quan trọng trong việc tăng hàm

lượng các hợp chất tự nhiên có hoạt tính sinh học (GABA tăng gần 12 lần và TPCtăng gần

gấp đôi so với hạt đậu xanh nguyên liệu) thông qua kiểm soát được các điều kiện nảymầm, đồng thời đã tối ưu điều kiện trích ly để tạo ra dịch trích tối ưu và công nghệ vibao để tạo ra bột vi bao có hiệu quả vi bao cao Những đóng góp có ý nghĩa khoa họcvà thực tiễn của luận án này là giải pháp tổng thể giúp tăng nhiều lần hàm lượng cáchợp chất có hoạt tính sinh học bằng phương pháp tự nhiên, giúp đa dạng hoá, tăng tínhtiện lợi và kéo dài thời gian bảo quản cho sản phẩm bột vi bao và đồng thời giúp mởrộng các định hướng ứng dụng trong các sản phẩm thực phẩm khác nhau trong côngnghiệp thực phẩm Kết quả của luận án này là cơ sở để áp dụng trên các loại hạt nôngsản khác nhau ở Việt Nam và trên thế giới.

Điểm mới của luận án

Luận án là kết quả nghiên cứu mang tính toàn diện trên đối tượng hạt đậu xanh mộtcách có hệ thống, nghiên cứu đã đề xuất được quy trình tổng thể và toàn diện từ nảymầm đến trích ly và vi bao các hợp chất tự nhiên trong hạt đậu xanh Đặc biệt, kết quảcủa luận án sẽ là mô hình cho các nghiên cứu tương tự để áp dụng trên các loại hạtnông sản khác nhau rất dồi dào ở Việt Nam và trên thế giới nhằm tăng hàm lượng cáchợp chất tự nhiên.

Luận án đã nghiên cứu toàn diện về công nghệ vi bao từ lựa chọn công thức vỏ bao phùhợp đến tối ưu công thức vi bao để đạt hiệu quả và hiệu suất vi bao cao Thông qua môhình động học giải phóng, luận án đã xác định được phương trình dự đoán giải phóngGABA và TPC từ bột vi bao dịch đậu xanh nảy mầm ở các điều kiện khác nhau và cơchế giải phóng của chúng Đây là cơ sở khoa học cần thiết và quan trọng để xác địnhbột vi bao có thể sử dụng ở các môi trường khác nhau.

Bố cục của luận án

Luận án có 150 trang, 24 Bảng, 40 Hình và 184 tài liệu tham khảo, bao gồm các phần:Mở đầu, Chương 1 Tổng quan, Chương 2: Vật liệu và phương pháp, Chương 3: Kếtquả và thảo luận, Chương 4: Kết luận và kiến nghị, Tài liệu tham khảo Ngoài ra còn cócác công trình đã công bố và các Phụ lục kèm theo.

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN1.1 Tổng quan về đậu xanh

1.1.1 Thành phần hoá học của đậu xanh

Đậu xanh có tên khoa học là Vigna radiata, loại cây đậu đỗ quan trọng cùng với đậu

nành và đậu phộng Đây là loại cây rất phổ biến được trồng nhiều ở các nước châu Ánhư Ấn Độ, Pakistan, Thái Lan và Việt Nam.

Đậu xanh có thành phần dinh dưỡng cân bằng, bao gồm protein, chất xơ, vitamin, chấtkhoáng và lượng đáng kể các hợp chất có hoạt tính sinh học Hơn nữa, protein trongđậu xanh dễ tiêu hóa hơn so với protein của các loại cây họ đậu khác (Yi-Shen et al.,2018) Thành phần dinh dưỡng trong hạt đậu xanh (Bảng 1.1) chứa protein, lipid,glucid, chất xơ, tro Ngoài ra, đậu xanh còn chứa các vitamin B1, B2, C và các muốikhoáng như Ca, Na, Fe, K (Dahiya et al., 2015).

Bảng 1.1 Thành phần dinh dưỡng trong hạt đậu xanh

chung và protein đậu xanh nói riêng là nguồn cung cấp đạm dễ tiêu hoá cho con người.Trong hạt đậu xanh, protein được chia thành hai nhóm: nhóm đơn giản và nhóm phứctạp Trong nhóm protein đơn giản chủ yếu là globulin, chiếm từ 60 - 80%, còn lại làalbumin và một số loại khác Chức năng chính của protein dự trữ là cung cấp aminoacid và nitơ cho quá trình nảy mầm của hạt Protein đậu xanh có chứa đầy đủ các tínhchất chung nhất của protein Ngoài ra, protein đậu xanh còn có một số tính chất riêngbiệt như khả năng hút nước và dầu tạo nhũ tương, khả năng hoà tan trong nước, là cácyếu tố quan trọng trong nghiên cứu và công nghệ sản xuất các sản phẩm từ đậu xanh.Hàm lượng lipid thay đổi tùy theo giống đậu và phương pháp phân tích hàm lượnglipid Hàm lượng lipid trong đậu thấp thích hợp với các đối tượng ăn kiêng và phòng trịbệnh.

Carbohydrate chủ yếu là tinh bột trong đậu xanh được quan tâm nghiên cứu và sử dụngđể sản xuất mì trong các món ăn ở các nước phương Đông Trong đậu xanh chứa cácmonosaccharide (maltose, glucose, xylose), oligosaccharide (raffinose và stachyose),nhóm tinh bột tiêu hóa và tinh bột kháng, giàu vitamin (thiamin, riboflavin, niacin, acidpathothenic) và khoáng chất (canxi, đồng, sắt, kẽm và magie) Đậu xanh giàu chất xơvà tập trung chủ yếu ở vỏ hạt so với phôi mầm Tuy nhiên, hạt đậu xanh cũng có cácthành phần kháng dinh dưỡng như tannin, acid phytic, hemaglutinin, trypsin inhibitor,những thành phần này ảnh hưởng đến khả năng tiêu hóa hạt đậu xanh Vì thế, trích lycác hợp chất có hoạt tính sinh học mong muốn có lợi cho sức khoẻ con người cũng làgiải pháp hữu ích giúp loại bỏ các thành phần kháng dinh dưỡng.

Ngoài các thành phần dinh dưỡng, các hợp chất có hoạt tính sinh học có trong hạt đậuxanh (GABA và polyphenol) góp phần nâng cao giá trị thực phẩm và giá trị y học Đậuxanh giàu polyphenol như acid phenolic (1,81-5,97 mg rutin tương đương/g), flavonoid(1,49-1,78 mg catechin tương đương/g) và tannin (1,00-5,75mg/g) Nội nhũ hạt và vỏhạt chứa các phenolic nhưng phần lớn tập trung ở vỏ hạt Hơn nữa, thành phần và hàmlượng các hợp chất tự nhiên trong đậu xanh phụ thuộc nhiều yếu tố như điều kiện trồngtrọt, màu sắc của vỏ hạt, điều kiện khí hậu, thổ dưỡng, phương pháp trích ly và phân

tích Thành phần polyphenol trong hạt đậu xanh đã được tổng hợp và thể hiện quaBảng 1.2

và các hợp chất tự nhiên có tác dụng tốt đối với sức khỏe con người và thể hiện giá trị của chúng qua Bảng 1.3.

Bảng 1.2 Thành phần polyphenol trong hạt đậu xanh

Flavonoid Anthocyanin Cyanidin-3-glucosidePeonidin-3-glucoside

Pelargonidin-3,6- malonylglucoside Pelargonidin-3-glucosideQuercetin

Yao et al (2013)

Meenu et al (2016) Pająk et al (2014) Prokudina et al (2012)Quercetin -3-O-glucoside Prokudina et al (2012)

Kaempferol Meenu et al (2016) Prokudina et al (2012)

Naringenin 7- glucoside Prokudina et al (2012)Flavone

Vitexin Meenu et al (2016)Li et al (2012)

Li et al (2012)Isovitexin-6”-O-α- L-glucoside Bai et al (2016)

Isoformononetin Prokudina et al (2012)

Acid Phenolic

Acid

Acid p-Coumaric Meenu et al (2016)Acid Caffeic Meenu et al (2016)Singh et al (2009)Acid t-ferulic Meenu et al (2016)Acid Chlorogenic Meenu et al (2016)

LớpPhụ lớpHợp chấtTài liệu tham khảo

Acid Sinapic Pająk et al (2014)Scopoletine Prokudina et al (2012)

Hydroxybenzoic Acid Gallic

Meenu et al (2016)Pająk et al (2014)

Acid Gentisic Prokudina et al (2012)

Bảng 1.3 Hoạt tính sinh học của một số hợp chất tự nhiên có trong hạt đậu xanh

Chống oxy hóa Vitexin, isovitexin, proteins, polypeptides, polysaccharide,polyphenol

Bai et al (2016); Li et al.(2012); Cao et al (2011);Wongekalak et al (2011)Kháng khuẩn Enzyme, peptide, polyphenol, protein Yeap et al (2012)

Kháng viêm Acid gallic, vitexin, isovitexin,polyphenol

Randhir and Shetty (2007);Ali et al (2014); Peng et al.(2008)

Trị đái tháo đường Polyphenol, vitexin, isovitexin Amare et al (2022)Tác dụng giảm mỡ máu Phytosterol; vitexin; isovitexin Hsu et al (2011); Kang et

Tác dụng sát trùng Acid chlorogenic, polyphenol, chiếtxuất vỏ đậu xanh

Lee et al (2012); Yao et al (2016)

Khả năng miễn dịch Polysaccharide, vitexin, isovitexin,chiết xuất đậu xanh

Zhang et al (2013); Luo et al (2016); Lee et al (2011)Giảm hắc tố da Vitexin, isovitexin, chiết xuất đậu xanh Jeong et al (2016); Yao et

al (2012); Yao et al (2011)

1.1.2 Lợi ích sức khỏe của hạt đậu xanh

Hạt đậu xanh chứa hàm lượng dinh dưỡng cao, đóng vai trò quan trọng trong chế độdinh dưỡng của con người, đặc biệt đối với những người ăn chay Ngoài ra, loại ngũcốc này còn được xem như thực phẩm chức năng với các công dụng hữu ích Tinh bộtđậu xanh với hàm lượng amylose cao, có đặc tính làm giảm chỉ số đường huyết (Tay etal., 2015) Nghiên cứu của Peng et al (2008) nhận thấy thành phần vitexin vàisovitexin trong đậu xanh là thành phần hoạt động chính đóng vai trò then chốt trongđiều khiển quá trình chuyển hóa glucose Do khả năng giảm chỉ số đường huyết, đậuxanh được sử dụng phổ biến để sản xuất các sản phẩm giúp phòng ngừa nguy cơ đáitháo đường (Hou et al., 2019) Tiêu thụ đậu xanh như nguồn thực phẩm có lợi chonhững người bệnh đái tháo đường và béo phì.

Ngày nay, vấn đề máu nhiễm mỡ và xơ vữa động mạch là nguyên nhân chính dẫn đếnsuy tim và tử vong Các nghiên cứu Yao et al (2013) cho thấy tiêu thụ đậu xanh có ýnghĩa với đáp ứng quá trình biến dưỡng lipid, làm hạ lipid máu Vitexin, isovitexin vàchiết xuất đậu xanh góp phần làm giảm lipid tích tụ ở chuột (Kang et al., 2015) Khôngnhững làm hạ lipid máu, hạt đậu xanh còn có tác dụng bảo vệ gan Gan là cơ quan kíchứng quan trọng liên quan đến quá trình biến dưỡng, dự trữ và bài tiết của quá trìnhchuyển hóa Các tổn thương gan do rượu, virus và cơ chế tự miễn dịch (Stickel et al.,2011) Hạt đậu xanh và đậu xanh nảy mầm có hiệu quả trong quá trình bảo vệ gan, làmgiảm các enzyme hoạt động (Lopes et al., 2018) Trong quá trình nảy mầm, một lượnglớn các peptides và các chất chuyển hóa sinh ra (Gan et al., 2017) Các hợp chất này rấtcó ích cho quá trình kiểm soát huyết áp Protein thủy phân từ hạt đậu xanh và hạt nảymầm có thể dùng như thực phẩm chức năng trong phòng ngừa và kiểm soát huyết áp(Hsu et al., 2011) Ngoài bệnh về tim mạch, ung thư được xã hội rất quan tâm bởi khảnăng lây lan phát triển nhanh của tế bào ung thư Các nghiên cứu về cơ chế của hạt đậuxanh với bệnh này còn chưa rõ ràng nhưng một chế độ dinh dưỡng kết hợp với hạt đậuxanh được khuyến cáo bởi các peptide, protein, polyphenol được tìm thấy trong hạt đậuxanh có hiệu quả giảm nguy cơ các tế bào ung thư và chống lại sự phát triển lớn lêncủa tế bào

ung thư (Gupta et al., 2018) Vì thế, các nhà khoa học đề xuất mối liên hệ giữa chế độdinh dưỡng giàu đậu và khả năng giảm nguy cơ của nhiều loại ung thư (Messina,2014) Khả năng tự bảo vệ miễn dịch của cơ thể rất quan trọng đối với sức khỏe Đậuxanh và các hợp chất có hoạt tính sinh học của đậu xanh có ích trong đáp ứng miễndịch (Dunkelberger and Song, 2010) Viêm là dấu hiệu nhận biết cơ thể gặp nhữngnguy cơ về sức khỏe Để kháng viêm hiệu quả, người ta cũng đã dùng đậu xanh từ rấtlâu nhằm giải nhiệt, dị ứng và nóng sốt Zhang et al (2013) đã nghiên cứu chiết xuấtaceton-nước hạt đậu xanh cho thấy vitexin và isovitexin góp phần khả năng khángviêm hiệu quả của hạt đậu xanh Như vậy, tác động kháng viêm của các hoạt chất tronghạt đậu xanh bao gồm polyphenol, saponin đóng vai trò quan trọng trong quá trình điềutrị nhiều bệnh như tiểu đường, béo phì, ức chế tiến trình viêm nhiễm Đối với quá trìnhhình thành hắc tố da các nghiên cứu xác định thành phần vitexin, isovitexin,proanthocyanidin và tanin từ vỏ hạt đóng vai trò ức chế quá trình hình thành hắc tố docác hợp chất này ức chế khả năng hoạt động của enzyme tyrosinase, enzyme chính gâyra hình thành hắc tố da.

Với tốc độ công nghiệp hóa kéo theo ô nhiễm môi trường, con người đặc biệt quan tâmđến vấn đề sức khỏe thì việc giải độc cơ thể rất được chú ý Từ rất lâu người dân đã sửdụng đậu xanh như một thực phẩm chức năng có khả năng giải độc Tuy nhiên, cơ chếtác động đến quá trình giải độc còn chưa được giải thích rõ ràng nhưng các nhà khoahọc tiến hành thí nghiệm trên chuột với các khẩu phần ăn có đậu xanh qua nhiều ngàynhận thấy chiết xuất cồn hạt đậu xanh giúp phòng ngừa ruột hấp thu aconitine Vitexinvà isovetexin cũng các tác dụng bảo vệ chống lại isoproterenol.

Ngoài ra trong hạt đậu xanh còn có một hợp chất rất có giá trị y học đó là gammaaminobutyric acid GABA là một amino acid phi protein với một số chức năng sinh lývà lợi ích sức khỏe tiềm năng Có nhiều báo cáo về lợi ích sức khỏe của GABA baogồm giảm huyết áp, giảm bệnh mãn tính liên quan đến rượu và phòng ngừa tăng sinh tếbào ung thư Người ta nhận thấy rằng quá trình nảy mầm GABA trong đậu xanh tăng

lên cao hơn so với quá trình lên men (sử dụng chủng Rhizopus sp 5351 trong trạng thái

rắn ở 30oC trong 48 giờ) Đây chính là hợp chất cần được quan tâm trong hạt đậuxanh bởi

trong số các loại đậu thì hàm lượng GABA trong hạt đậu xanh cao nhất so với các loạiđậu khác Hàm lượng GABA có trong các loại đậu xanh, đậu nành, đậu đen và hạt mèlần lượt là 0,1325; 0,1222; 0,0438 và 0,0909 g/kg (Tiansawang et al., 2016).

1.2 Quá trình nảy mầm hạt đậu xanh1.2.1 Quá trình nảy mầm

Nảy mầm là một quá trình cây con được phát triển từ hạt giống Quá trình nảy mầm,trước tiên hạt được chọn lựa, xử lý hạt sạch và tiến hành ngâm hạt trong nước và saucùng là ủ để hạt tăng trưởng kéo dài chiều dài thân mầm (Hình 1.1) Quá trình này trảiqua ba giai đoạn Trong giai đoạn đầu tiên, để ức chế sự phát triển của vi sinh vật, hạtcần được xử lý khử trùng sạch trước khi ngâm Giai đoạn ngâm, hạt giống hấp thụnước do đó tăng khối lượng và hoạt động của enzyme cũng như tăng cường hoạt độngtrao đổi chất, tổng hợp protein và vận chuyển chất dinh dưỡng đến tất cả các phần củahạt giống, trong khi ở giai đoạn cuối, thân mầm kéo dài ra nổi lên từ hạt giống Trongquá trình này, các thành phần tế bào được chuyển đổi thành những hợp chất mới, ảnhhưởng đến các đặc tính sinh hóa Nó cải thiện chất lượng của các loại đậu khi kích hoạtenzyme hoạt động của hạt nảy mầm và chuyển protein, carbohydrate và lipid thành cácdạng đơn giản hơn (Sattar et al., 2015) Đây là phương pháp đơn giản, rẻ tiền và hiệuquả so với ngâm, nấu, luộc, hấp và nấu vi sóng để giảm các đặc tính kháng dinh dưỡng

ở các cây họ đậu.

Hình 1.1 Các giai đoạn của quá trình nảy mầm hạt và phát triển thành cây con

(a) Hạt đậu xanh, (b) Hạt ngâm trong nước, (c) Hạt nảy mầm kéo dài chiều dài mầm hạt

Nảy mầm là một quá trình tự nhiên xảy ra trong thời kỳ tăng trưởng của hạt giống,trong đó chúng được đáp ứng những điều kiện tối thiểu cho sự tăng trưởng và pháttriển (Sangronis et al., 2006) Trong quá trình nảy mầm có sự gia tăng độ hấp thụ nướccủa hạt theo thời gian là do sự ngậm nước của các tế bào trong hạt ngày càng tăng(Nonogaki et al., 2010) Đậu xanh nảy mầm làm giảm các thành phần không mongmuốn như alkaloid, tannin và phytate (Hussain and Uddin, 2012), làm tăng các chấtdinh dưỡng và tăng khả năng tiêu hóa protein đồng thời tăng quá trình tích lũy các hợpchất có hoạt tính sinh học khác nhau như vitamin, GABA và polyphenol (Gan et al.,2017) Hàm lượng GABA và polyphenol trong hạt nguyên liệu lại rất thấp, do đó quátrình ươm mầm nhằm hoạt hóa hoạt động của enzyme glutamic acid decacbonxylase(GAD) chuyển hóa acid glutamic thành GABA, đồng thời kích hoạt quá trình sản sinhcác hợp chất có hoạt tính chống oxy hóa và polyphenol làm tăng đáng kể các hợp chấtnày sau quá trình nảy mầm (Gan et al., 2017) Như vậy, nảy mầm có thể là phươngpháp công nghệ xanh để tích trữ các hợp chất có hoạt tính sinh học tự nhiên và hạt nảymầm giàu hợp chất có hoạt tính sinh học có thể dùng như thực phẩm chức năng phòngngừa các bệnh mãn tính.

1.2.2 Các yếu tố ảnh hưởng quá trình nảy mầm

Sự nảy mầm cũng chịu nhiều ảnh hưởng của các yếu tố ngoại cảnh và nội tại nhưngyếu tố bên ngoài là quan trọng nhất, bao gồm nước, nhiệt độ, oxy và đôi khi là môitrường nảy mầm sáng hoặc tối Những hạt giống khác nhau thì có mức độ nảy mầmkhác nhau.

1.2.2.1 Nước

Nước là yếu tố cần thiết cho quá trình nảy mầm giúp tăng độ ẩm hạt, kích hoạt cácenzyme, quá trình này phụ thuộc vào các thành phần có trong hạt đậu xanh (Shah et al.,2011) Thành phần cơ bản tạo ra sự hút nước của hạt là do protein có tính hút nước, dođó sau khi ngâm hạt có sự trương nở Nước cần thiết cho các enzyme hoạt động, phávỡ các mô dự trữ, vỏ hạt và vận chuyển các chất dinh dưỡng từ vùng dự trữ đến lá mầm