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

Để thu nhận các hợp chất tự nhiên mong muốn như GABA và polyphenol và mở rộng hướng ứng dụng, việc trích ly các hợp chất có hoạt tính sinh học từ nguồn thực vật, đặc biệt là đậu xanh nảy

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC NÔNG LÂM TP HỒ CHÍ MINH

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 chất tự nhiên từ hạt đậu xanh nảy mầm" là công trình nghiên cứu của cá nhân tôi Các số liệu, kết quả nêu trong luận án là trung thực, không sao chép từ bất kỳ một nguồn nào và 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 2024

Tác 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 Thực phẩm, Trường Đại học Nông Lâm TP Hồ Chí Minh đã tận tình giúp đỡ, hỗ trợ và tạo mọi 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 Minh đã

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, hỗ trợ, 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 em sinh viên đã hỗ trợ hoàn thành luận án này

Chân thành cảm ơn!

có hiệu quả vi bao các hợp chất tự nhiên tốt nhất bằng phương pháp sấy thăng hoa; iv) Xác định được mô hình và cơ chế giải phóng các hợp chất GABA và polyphenol từ bột

vi bao ở các môi trường khác nhau và đồng thời xác định được thông số động học thất thoát hợp chất GABA và polyphenol trong quá trình bảo quản

Kết quả nghiên cứu cho thấy quá trình ngâm và ủ để hạt nảy mầm cần kiểm soát tốt các thông số về nhiệt độ, thời gian ngâm và ủ hạt, độ ẩm không khí trong quá trình ủ hạt và điều kiện chiếu sáng đèn LED thì hàm lượng GABA và polyphenol sẽ tăng đáng kể sau quá trình nảy mầm Trong quá trình nảy mầm hạt đậu xanh ngâm 30oC/8h và ủ 35oC với

độ ẩm không khí 90% và điều kiện chiếu sáng có đèn LED có hiệu quả thúc đẩy nhanh quá trình nảy mầm và tổng hợp GABA và polyphenol sau 12 giờ ủ Hàm lượng GABA 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 enzyme alcalase 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 đạt tốt nhất trong số các phương pháp trích ly thử nghiệm Quá trình trích ly dịch mầm hạt đậu xanh có hỗ trợ của enzyme alcalase là phương pháp công nghệ xanh, thân thiện với môi 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 bao gum 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 dự đoán các hiệu quả vi bao và hiệu suất vi bao GABA và TPC với hệ số R2 cao Ở công thức vi bao tối ưu, hiệu quả vi bao GABA và TPC lần lượt đạt được là 97,83% và 76,06%; 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 ở các nhiệt độ khác nhau (30, 40 và 50oC) và độ ẩm tương đối đã xác định được ẩm cân bằng của bột vi bao tính theo mô hình BET là 4,70% (R2 = 0,94) Ngoài ra, kết quả nghiên cứu động học tốc độ giải phóng của hạt vi bao ở các điều kiện khác nhau (nhiệt độ, pH, môi trường và thời gian) đã xác định được mô hình Korsemyer-Peppas và mô hình Higuchi cho kết quả phù hợp nhất có thể được sử dụng để dự đoán tốc độ giải phóng GABA và polyphenol do có hệ số R2 cao

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

ABSTRACT

PhD's title: "Extraction and encapsulation of GABA and natural compounds from 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 in mung beans through a systematic process involving germination, subsequent extraction, and encapsulation of valuable compounds such as GABA (Gamma-aminobutyric acid) and polyphenol The specific objectives included: i) Determining the parameters of the germination process to obtain germinated mung beans rich in natural bioactive compounds; ii) Identifying the optimal extraction conditions to obtain extracts with high GABA and polyphenol content; iii) Establishing the optimal encapsulation formula to achieve the highest encapsulation efficiency and encapsulation yield of natural compounds using the freeze-drying method; and iv) Investigating the model and mechanism of release of GABA and polyphenol from microencapsulated powder in different environments, and determining the kinetic parameters of loss of GABA and polyphenol during storage

The results indicate that the germination and soaking process for mung beans necessitate precise control of parameters, including temperature, soaking and germination time, air humidity during germination, and LED lighting conditions, to significantly enhance the GABA and polyphenol contents following the germination process Specifically, germinating mung beans at 30°C for 8 hours and germinating at 35°C with 90% air humidity, along with effective LED lighting, accelerated the germination process and the synthesis of GABA and polyphenol This led to a remarkable 12-fold increase in GABA and a twofold increase in polyphenol compared to the original mung beans

After blending germinated mung beans with water at a ratio of 1:20 (w/w) and using a 2.2% (w/w) concentration of alcalase enzyme, extraction at 53°C for 62 minutes resulted

in a GABA content of 57.01 mg/g DW and a polyphenol content of 6.52 mg GAE/g DW This method achieved the highest content of GABA and polyphenol among the tested extraction methods The extraction process of germinated mung bean extract with the assistance of alcalase enzyme is an environmentally friendly and technologically advanced approach, beneficial for both the health of producers and consumers, as well

as being eco-friendly

Following the extraction process, the extract from mung beans was mixed with a mixture

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 to wall materials

of 32:100 (v/v), which was successfully optimized using the response surface methodology A quadratic polynomial model was developed and found suitable for describing and predicting the encapsulation efficiency and extraction yield of GABA and TPC, with high R2 values In the optimal encapsulation formula, the encapsulation efficiencies and encapsulation yields for GABA and TPC were achieved and 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 at different temperatures (30, 40, and 50°C) and relative humidity have determined the equilibrium moisture content of the encapsulated powder using the BET model as 4.70% (R2 = 0.94) Furthermore, the kinetics of the release rate of the encapsulated particles under various conditions (temperature, pH, environment, and time) have been described using the Korsmeyer-Peppas model and the Higuchi model These models provide 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 ÁN

1 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 https://doi.org/10.3390/foods13010100

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.) during germination 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:

10.52997/jad.14.02.2019

2 Chương sách

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

López-Saucedo, Synthesis of Nanomaterials, Frontiers in Nanomedicine 3, 222-258 Bentham Science Publishers https://doi.org/10.2174/9789815136920123030012

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 The

4 th 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 LỤC

LỜI CAM ĐOAN i

LỜI CẢM ƠN ii

TÓM TẮT iii

ABSTRACT v

DANH MỤC CÁC XUẤT BẢN TỪ LUẬN ÁN vii

MỤC LỤC viii

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CHỮ VIẾT TẮT xiii

MỤC LỤC BẢNG xiv

MỤC LỤC HÌNH xvi3

MỞ ĐẦU 1

Đặt vấn đề 1

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

1.1 Tổng 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

1.2 Quá 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

1.2.2.2 Oxy 15

1.2.2.3 Nhiệt độ 15

1.2.2.4 Ánh sáng 15

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

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

1.3.1 So sánh các phương pháp trích ly 21

1.3.2 Cơ chế và điều kiện trích ly của enzyme 24

1.4 Công nghệ vi bao 28

1.4.1 Khái niệm 28

1.4.2 Vỏ bao 29

1.4.3 Sự kết hợp của các vật liệu tạo vỏ bao 32

1.4.4 Phương pháp vi bao 33

1.4.5 Tốc độ và cơ chế giải phóng 35

1.4.6 Tính ổn định của bột vi bao 39

1.5 Nhận định chung 39

CHƯƠNG 2 VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP 41

2.1 Nguyên vật liệu 41

2.1.1 Nguyên liệu đậu xanh 41

2.1.2 Hoá chất 41

2.1.3 Dụng cụ, thiết bị 43

2.2 Phương 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 lượng GABA và TPC 46

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

GABA và TPC 46

Thí nghiệm 3: Ảnh hưởng của độ ẩm không khí trong quá trình nảy mầm hạt đậu xanh đến hàm lượng GABA và TPC 47

Thí nghiệm 4: Ảnh hưởng của nồng độ muối và thời gian ngâm hạt đậu xanh đến hàm lượng GABA và TPC 47

Thí nghiệm 5: Ảnh hưởng của nồng độ muối và thời gian ủ trong quá trình nảy mầm 48 Thí nghiệm 6: Ảnh hưởng của điều kiện chiếu sáng và thời gian ngâm hạt đậu xanh đến hàm lượng GABA và TPC 49

Thí nghiệm 7: Ảnh hưởng của điều kiện chiếu sáng và thời gian ủ hạt đậu xanh đến hàm 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 nảy mầm 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 58

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

2.3 Phương pháp phân tích các chỉ tiêu 60

2.4 Phương pháp xử lý số liệu 60

CHƯƠNG 3 KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 62

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

3.1.1 Ảnh hưởng của nhiệt độ và thời gian ngâm 62

3.1.2 Ảnh hưởng của nhiệt độ và thời gian ủ 64

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

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

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

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

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

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

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

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

3.2.2 Ảnh hưởng của nhiệt độ 81

3.2.3 Ảnh hưởng của thời gian 82

3.2.4 Ảnh hưởng của nồng độ enzyme 84

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

3.2.6 Phân tích định tính các hợp chất tự nhiên 94

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

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

3.3.1 Ảnh hưởng của loại vỏ bao thích hợp 97

3.3.2 Tỉ lệ giữa các loại vỏ bao phù hợp 100

3.3.3 Tỉ lệ giữa dịch trích và vỏ bao 103

3.3.4 Nồng độ vỏ bao 107

3.3.5 Tối ưu công thức vi bao 110

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

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

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

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

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

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

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

CHƯƠNG 4 KẾT LUẬN VÀ ĐỀ NGHỊ 139

4.1 Kết luận 139

4.2 Đề nghị 140

TÀI LIỆU THAM KHẢO 141 PHỤ LỤC Error! Bookmark not defined Phụ lục I: Phương pháp phân tích các chỉ tiêu Error! Bookmark not defined

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

Error! Bookmark not defined

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

Error! Bookmark not defined

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

mầm Error! Bookmark not defined

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CHỮ VIẾT TẮT

SEM Kính hiển vi điện tử quét (Scanning Electron Microscopy)

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 thực vật 23

Bảng 1.6 Các nghiên cứu trích ly các hợp chất có hoạt tính sinh học bằng các enzyme khác 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 kế kiểu Box-Behnken 86

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

Bảng 3.3 Các chất sinh học tiêu biểu có trong hạt đậu xanh và dịch trích hạt đậu xanh nảy 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 công

thức 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

đậu xanh nảy mầm 54

Hình 3.1 Ảnh hưởng của nhiệt độ và thời gian ngâm đến hàm lượng GABA (A) và

TPC (B) của hạt đậu xanh nảy mầm 63

Hình 3.2 Ảnh hưởng của nhiệt độ và thời gian ủ đến hàm lượng GABA (A) và TPC

(B) 66

Hình 3.3 Sự thay đổi hàm lượng GABA và TPC trong hạt đậu xanh nảy mầm dưới điều

kiện độ ẩm không khí khác nhau 68

Hình 3.4 Ảnh hưởng của nồng độ muối và thời gian trong quá trình ngâm đến hàm

lượng GABA (A) và TPC (B) 70

Hình 3.5 Ảnh hưởng của nồng độ muối và thời gian trong quá trình ủ đến hàm lượng

GABA (A) và TPC (B) 72

Hình 3.6 Ảnh hưởng của điều kiện chiếu sáng và thời gian trong quá trình ngâm đến

hàm lượng GABA (A) và TPC (B) 75

Hình 3.7 Ảnh hưởng của điều kiện chiếu sáng trong quá trình ủ đến hàm lượng GABA

(A) và TPC (B) 77

Hình 3.8 Ảnh hưởng của tỉ lệ đậu xanh nảy mầm và nước đến hàm lượng GABA và

TPC 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 của

nhiệt độ (X1), thời gian (X2) và nồng độ enzyme (X3) đến hàm lượng GABA 90

Hình 3.13 Đồ thị bề mặt đáp ứng 3D và đường đồng mức 2D biểu diễn ảnh hưởng của

nhiệt độ (X1), thời gian (X2) và nồng độ enzyme (X3) đến hàm lượng TPC 91

Hình 3.14 Đồ thị dự đoán hàm lượng GABA và TPC với sự thay đổi của nhiệt độ, thời

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 của

công 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 của

công 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 của

công 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 của

công 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 một

hàm của tỉ lệ vỏ bao (X1), tỉ lệ dịch trích: vỏ bao (X2) và nồng độ vỏ bao (X3) 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 và

A3, 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 nhau

trong môi trường nước 128

Hình 3.31 Ảnh hưởng của pH đến giải phóng GABA và TPC trong môi trường SGF và

SIF ở nhiệt độ 37oC 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 bột

vi bao ở nhiệt độ môi trường 136

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

TPC 137

MỞ ĐẦU

Đặt 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 hoạt tính 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 trình nảy mầm hạt, các enzyme nội bào được hoạt hoá và các hợp chất dự trữ như protein và carbohydrate được phân cắt thành các phân tử nhỏ và các hợp chất mới được hình thành 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 lượng các hợp chất tự nhiên này có trong các mầm hạt ngũ cốc có lợi ích đáng kể cho cơ thể con người (Kanatt et al., 2011; Randhir et al., 2004) Tương tự, quá trình nảy mầm cải thiện chất lượng dinh dưỡng và y học của đậu xanh (El-Adawy et al., 2003) Mặc dù GABA

có sẵn trong nhiều trái cây và rau quả nhưng nồng độ của nó trong các loại thực phẩm tự nhiên này rất thấp, dao động từ 0,03 đến 2,00 μmol/g trọng lượng tươi Vì thế, nhiều nghiên cứu tập trung vào việc tìm kiếm những phương pháp mới để tăng hàm lượng 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 sinh học tự nhiên và chất chống oxy hóa Tuy nhiên, hàm lượng các hợp chất này phụ thuộc rất 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 tương đối của môi trường (El-Adawy et al., 2003; Paucar-Menacho, Peñas, et al., 2017) Vì vâỵ, xác định điều kiện ngâm và ủ trong quá trình nảy mầm hạt đậu xanh nhằm thu được 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 rộng hướng 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 công nghiệp thực phẩm, mỹ phẩm và dược phẩm do có nhiều ưu điểm hơn các phương pháp thông thường (ngâm, thẩm thấu và chiết Soxhlet và (Jha and Sit, 2022) Việc lựa chọn phương pháp trích ly phù hợp phụ thuộc vào loại nguyên liệu thô, quá trình chuẩn bị và năng lượng tiêu thụ Cần lựa chọn phương pháp giảm thiểu thất thoát các hợp chất có hoạt tính sinh học tự nhiên, tiêu hao ít năng lượng, thu được lượng hợp chất có hoạt tính sinh học cao nhất và thân thiện với môi trường Trong đó, trích ly có sự hỗ trợ của enzyme (EAE), được coi là thân thiện với môi trường, giảm thời gian trích ly, tăng hiệu suất trích ly, giảm chi phí và công nghệ trích ly đơn giản, là giải pháp thay thế tiềm năng cho các phương pháp trích ly thông thường (Zhang et al., 2018) EAE đã được sử dụng rộng rãi trong việc trích ly các hợp chất có hoạt tính sinh học từ nhiều nguồn thực vật 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 hoạt tính 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 sinh học Việc lựa chọn enzyme phụ thuộc vào đặc tính bên trong của từng nguyên liệu nguồn và hợp chất mong muốn Ví dụ, các enzyme từ nhóm protease, như alcalase và papain, 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 ly các hợp chất có hoạt tính sinh học từ đậu xanh nảy mầm Để xác định các thông số của quá trình trích ly EAE

và tối ưu hóa các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình trích ly như tỉ lệ nguyên liệu và nước, nhiệt độ, thời gian trích ly, nồng độ enzyme và tối ưu hóa các yếu tố này nhằm đạt được hàm lượng cao nhất của các hợp chất có hoạt tính sinh học trong 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 trọng đối với sức khỏe con người Tuy nhiên, các hợp chất này thường không ổn định và rất

dễ bị phân hủy dưới các điều kiện môi trường như nhiệt độ, ánh sáng, không khí và độ

ẩm, 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 để tránh tiếp xúc với các điều kiện môi trường bất lợi, đồng thời cho phép ứng dụng đa dạng trong các lĩnh vực khác nhau Ưu điểm khác của công nghệ vi bao là tốc độ giải phóng 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) Một trong điều kiện tiên quyết quyết định thành công của của kỹ thuật vi bao là lựa chọn vỏ bao phù hợp Mỗi loại vật liệu vỏ bao có những đặc tính khác nhau, có những ưu điểm và nhược điểm

về hiệu quả vi bao để bảo vệ và ổn định vật lõi, cần nghiên cứu sự kết hợp của các loại vật liệu vỏ khác nhau Theo Sun-Waterhouse et al (2011), các vật liệu vỏ bao khác nhau

có tính chất vật lý và hóa học khác nhau, cần có sự kết hợp giữa các vật 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 bao và phương pháp vi bao Khả năng giải phóng vật liệu lõi được kiểm soát tốt là một trong những đặc tính quan trọng nhất của hạt vi bao Tốc độ giải phóng phụ thuộc vào đặc tính vật liệu vỏ, đặc tính hạt vi bao và điều kiện môi trường thực tế (Shahidi and Han, 1993) Tốc độ giải phóng thông thường được xác định bằng thực nghiệm trong điều kiện thực

tế mà chúng sẽ được áp dụng và có thể tuân theo phương trình bậc 0 hoặc bậc một hoặc các mô hình toán học khác Do đó, nghiên cứu về động học của tốc độ giải phóng để hiểu các đặc điểm giải phóng tại tại thời điểm và môi trường nhất định là quan trọng

Trong ngành thực phẩm, điều quan trọng là phải biết tính ổn định của sản phẩm trong quá trình bảo quản Chất lượng của sản phẩm thực phẩm nói chung và bột vi bao nói riêng thay đổi theo thời gian do điều kiện bảo quản cụ thể như ánh sáng, không khí và nhiệt độ Hơn nữa, cần phải xây dựng được đường đẳng nhiệt hấp phụ ẩm để tính toán

sự thay đổi độ ẩm và dự đoán độ ổn định của sản phẩm trong quá trình bảo quản Vì vậy, 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 sinh học tự nhiên trong hạt đậu xanh thông qua kích thích quá trình nảy mầm, tiếp đó tối ưu hoá điều kiện trích ly để đạt được hàm lượng các hợp chất có hoạt tính sinh học tự nhiên cao nhất, áp dụng công nghệ vi bao các hợp chất có giá trị như GABA và TPC thu được, xác định cơ chế giải phóng các hợp chất tự nhiên từ bột vi bao và đánh giá tính 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 nảy mầm

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

Ý nghĩa của luận án

Luận án đã đóng góp các giải pháp thiết thực, nghiên cứu toàn diện và có hiệu quả cao trong việc tăng hàm lượng GABA và polyphenol thông qua quá trình nảy mầm hạt đậu xanh, 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 việc lựa chọn hạt đậu xanh, đến các quá trình ngâm, ủ hạt và xác định được các điều kiện quan 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 và polyphenol 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 pháp

bề mặt đáp ứng đã nâng cao hiệu suất trích ly GABA và TPC từ hạt đậu xanh nảy mầm Kết quả đã cho thấy dịch trích tối ưu có hàm lượng các hợp chất có hoạt tính sinh học cao có tiềm năng sử dụng trực tiếp vào các sản phẩm khác nhau như đồ uống, nước ép trái cây và đồ uống dinh dưỡng khác Dịch trích là nguồn nguyên liệu quý cho việc thiết

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 của các hợp chất tự nhiên, luận án đã nghiên cứu công nghệ vi bao các hợp chất tự nhiên từ dịch trích tối ưu thông qua tối ưu công thức trước khi sấy thăng hoa Kết quả tối ưu hoá

đã cho thấy hiệu quả và hiệu suất vi bao cao, cho thấy tiềm năng ứng dụng công nghệ vi bao để tạo ra sản phẩm bột vi bao có chất lượng cao Ngoài ra, luận án cũng đã nghiên cứu động học thất thoát các hợp chất GABA, TPC và dự đoán được thời gian bảo quản của bột vi bao tối ưu thông qua các phương trình động học, đặc biệt đã xác định được độ

ẩm cân bằng của bột vi bao và cho thấy bột có thể bảo quản trong thời gian dài Công nghệ vi bao đòi hỏi cần phải đánh giá được động học giải phóng và cơ chế giải phóng các hợp chất có hoạt tính sinh học ở các điều kiện khác nhau Luận án đã có những đóng góp quan trọng trong nghiên cứu công nghệ vi bao các hợp chất có hoạt 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 TPC tăng gần

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

có hệ thống, nghiên cứu đã đề xuất được quy trình tổng thể và toàn diện từ nảy mầm đến trích ly và vi bao các hợp chất tự nhiên trong hạt đậu xanh Đặc biệt, kết quả của luận án

sẽ là mô hình cho các nghiên cứu tương tự để áp dụng trên các loại hạt nông sản khác nhau rất dồi dào ở Việt Nam và trên thế giới nhằm tăng hàm lượng các hợp chất tự nhiên

Luận án đã nghiên cứu toàn diện về công nghệ vi bao từ lựa chọn công thức vỏ bao phù hợp đến tối ưu công thức vi bao để đạt hiệu quả và hiệu suất vi bao cao Thông qua mô hình động học giải phóng, luận án đã xác định được phương trình dự đoán giải phóng GABA và TPC từ bột vi bao dịch đậu xanh nảy mầm ở các điều kiện khác nhau và cơ chế giải phóng của chúng Đây là cơ sở khoa học cần thiết và quan trọng để xác định bột

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: Kết quả

và thảo luận, Chương 4: Kết luận và kiến nghị, Tài liệu tham khảo Ngoài ra còn có các công trình đã công bố và các Phụ lục kèm theo

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN

1.1 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 Á như Ấn Độ, Pakistan, Thái Lan và Việt Nam

Đậu xanh có thành phần dinh dưỡng cân bằng, bao gồm protein, chất xơ, vitamin, chất khoáng và lượng đáng kể các hợp chất có hoạt tính sinh học Hơn nữa, protein trong đậu 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 muối khoáng 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 phức tạp Trong nhóm protein đơn giản chủ yếu là globulin, chiếm từ 60 - 80%, còn lại là albumin và một số loại khác Chức năng chính của protein dự trữ là cung cấp amino acid

và nitơ cho quá trình nảy mầm của hạt Protein đậu xanh có chứa đầy đủ các tính chất chung nhất của protein Ngoài ra, protein đậu xanh còn có một số tính chất riêng biệt như khả năng hút nước và dầu tạo nhũ tương, khả năng hoà tan trong nước, là các yếu 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 lượng lipid Hàm lượng lipid trong đậu thấp thích hợp với các đối tượng ăn kiêng và phòng trị bệnh

Carbohydrate chủ yếu là tinh bột trong đậu xanh được quan tâm nghiên cứu và sử dụng

để sản xuất mì trong các món ăn ở các nước phương Đông Trong đậu xanh chứa các monosaccharide (maltose, glucose, xylose), oligosaccharide (raffinose và stachyose), nhóm tinh bột tiêu hóa và tinh bột kháng, giàu vitamin (thiamin, riboflavin, niacin, acid pathothenic) và khoáng chất (canxi, đồng, sắt, kẽm và magie) Đậu xanh giàu chất xơ và tập trung chủ yếu ở vỏ hạt so với phôi mầm Tuy nhiên, hạt đậu xanh cũng có các thành 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 ly các hợp chất có hoạt tính sinh học mong muốn có lợi cho sức khoẻ con người cũng là giải 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 đậu xanh (GABA và polyphenol) góp phần nâng cao giá trị thực phẩm và giá trị y học Đậu xanh 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 vỏ hạt chứa các phenolic nhưng phần lớn tập trung ở vỏ hạt Hơn nữa, thành phần và hàm lượng các hợp chất tự nhiên trong đậu xanh phụ thuộc nhiều yếu tố như điều kiện trồng trọt, 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 qua Bảng 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-glucoside

Yao et al (2013)

Peonidin-3-glucoside Pelargonidin-3,6-malonylglucoside Pelargonidin-3-glucoside Flavonol

Quercetin

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

Prokudina et al (2012) Rutin Prokudina et al (2012)

Hesperetin Prokudina et al (2012) Naringenin Prokudina et al (2012) Naringenin 7- glucoside Prokudina et al (2012) Flavone

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

Li et al (2012) Isovitexin-6”-O-α- L-glucoside Bai et al (2016) Luteolin Pająk et al (2014) Daidzein Prokudina et al (2012) Apigenin Prokudina et al (2012) Isoflavonoid Dulcinoside Bai et al (2016)

Isoformononetin Prokudina et al (2012) Genistein Prokudina et al (2012)

Acid

Phenolic

Acid Hydoxycinnamic

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)

Lớp Phụ lớp Hợp chất Tài liệu tham khảo

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

Hydroxybenzoic Acid Gallic

Meenu et al (2016) Pająk et al (2014) Acid Syringic Yao et al (2013) 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

al (2015) Chống tăng huyết áp Enzyme; peptide; polyphenol; protein Gupta et al (2018); Kim et

al (2012) Tác dụng chống ung thư Polyphenol, trypsin, protein Matousek et al (2009); Xu

and Chang (2012); Zhao et

al (2012) Tác dụng sát trùng Acid chlorogenic, polyphenol, chiết

xuất 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 độ dinh dưỡng của con người, đặc biệt đối với những người ăn chay Ngoài ra, loại ngũ cốc này còn được xem như thực phẩm chức năng với các công dụng hữu ích Tinh bột đậu xanh với hàm lượng amylose cao, có đặc tính làm giảm chỉ số đường huyết (Tay et al., 2015) Nghiên cứu của Peng et al (2008) nhận thấy thành phần vitexin và isovitexin trong đậu xanh là thành phần hoạt động chính đóng vai trò then chốt trong điều khiển quá trình chuyển hóa glucose Do khả năng giảm chỉ số đường huyết, đậu xanh được sử dụng phổ biến để sản xuất các sản phẩm giúp phòng ngừa nguy cơ đái tháo đường (Hou et al., 2019) Tiêu thụ đậu xanh như nguồn thực phẩm có lợi cho những 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 đến suy tim và tử vong Các nghiên cứu Yao et al (2013) cho thấy tiêu thụ đậu xanh có ý nghĩa với đáp ứng quá trình biến dưỡng lipid, làm hạ lipid máu Vitexin, isovitexin và chiết xuất đậu xanh góp phần làm giảm lipid tích tụ ở chuột (Kang et al., 2015) Không những làm hạ lipid máu, hạt đậu xanh còn có tác dụng bảo vệ gan Gan là cơ quan kích ứng quan trọng liên quan đến quá trình biến dưỡng, dự trữ và bài tiết của quá trình chuyển 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, làm giảm các enzyme hoạt động (Lopes et al., 2018) Trong quá trình nảy mầm, một lượng lớn các peptides và các chất chuyển hóa sinh ra (Gan et al., 2017) Các hợp chất này rất có ích cho quá trình kiểm soát huyết áp Protein thủy phân từ hạt đậu xanh và hạt nảy mầm 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 khả năng lây lan phát triển nhanh của tế bào ung thư Các nghiên cứu về cơ chế của hạt đậu xanh với bệnh này còn chưa rõ ràng nhưng một chế độ dinh dưỡng kết hợp với hạt đậu xanh được khuyến cáo bởi các peptide, protein, polyphenol được tìm thấy trong hạt đậu xanh có hiệu quả giảm nguy cơ các tế bào ung thư và chống lại sự phát triển lớn lên của tế bào

ung thư (Gupta et al., 2018) Vì thế, các nhà khoa học đề xuất mối liên hệ giữa chế độ dinh 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 Đậu xanh và các hợp chất có hoạt tính sinh học của đậu xanh có ích trong đáp ứng miễn dịch (Dunkelberger and Song, 2010) Viêm là dấu hiệu nhận biết cơ thể gặp những nguy cơ

về sức khỏe Để kháng viêm hiệu quả, người ta cũng đã dùng đậu xanh từ rất lâu nhằm giải nhiệt, dị ứng và nóng sốt Zhang et al (2013) đã nghiên cứu chiết xuất aceton-nước hạt đậu xanh cho thấy vitexin và isovitexin góp phần khả năng kháng viêm hiệu quả của hạt đậu xanh Như vậy, tác động kháng viêm của các hoạt chất trong hạt đậu xanh bao gồm polyphenol, saponin đóng vai trò quan trọng trong quá trình điều trị nhiều bệnh như tiểu đường, béo phì, ức chế tiến trình viêm nhiễm Đối với quá trình hình 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 do các hợp chất này ức chế khả năng hoạt động của enzyme tyrosinase, enzyme chính gây ra hình thành hắc tố da

Với tốc độ công nghiệp hóa kéo theo ô nhiễm môi trường, con người đặc biệt quan tâm đến vấn đề sức khỏe thì việc giải độc cơ thể rất được chú ý Từ rất lâu người dân đã sử dụng đậu xanh như một thực phẩm chức năng có khả năng giải độc Tuy nhiên, cơ chế tác động đến quá trình giải độc còn chưa được giải thích rõ ràng nhưng các nhà khoa học tiến hành thí nghiệm trên chuột với các khẩu phần ăn có đậu xanh qua nhiều ngày nhận thấy chiết xuất cồn hạt đậu xanh giúp phòng ngừa ruột hấp thu aconitine Vitexin và 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 gamma aminobutyric acid GABA là một amino acid phi protein với một số chức năng sinh lý

và lợi ích sức khỏe tiềm năng Có nhiều báo cáo về lợi ích sức khỏe của GABA bao gồm giảm huyết áp, giảm bệnh mãn tính liên quan đến rượu và phòng ngừa tăng sinh tế bào 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 đậu xanh bởi

trong số các loại đậu thì hàm lượng GABA trong hạt đậu xanh cao nhất so với các loại đậu khác Hàm lượng GABA có trong các loại đậu xanh, đậu nành, đậu đen và hạt mè lần 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 xanh

1.2.1 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 sau cùng là ủ để hạt tăng trưởng kéo dài chiều dài thân mầm (Hình 1.1) Quá trình này trải qua ba giai đoạn Trong giai đoạn đầu tiên, để ức chế sự phát triển của vi sinh vật, hạt cần được xử lý khử trùng sạch trước khi ngâm Giai đoạn ngâm, hạt giống hấp thụ nước

do đó tăng khối lượng và hoạt động của enzyme cũng như tăng cường hoạt động trao đổi chất, tổng hợp protein và vận chuyển chất dinh dưỡng đến tất cả các phần của hạt giống, trong khi ở giai đoạn cuối, thân mầm kéo dài ra nổi lên từ hạt giống Trong quá trình này, các thành phần tế bào được chuyển đổi thành những hợp chất mới, ảnh hưởng đến các đặc tính sinh hóa Nó cải thiện chất lượng của các loại đậu khi kích hoạt enzyme hoạt động của hạt nảy mầm và chuyển protein, carbohydrate và lipid thành các dạng đơn giản hơn (Sattar et al., 2015) Đây là phương pháp đơn giản, rẻ tiền và hiệu quả 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 phát triển (Sangronis et al., 2006) Trong quá trình nảy mầm có sự gia tăng độ hấp thụ nước của 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 mong muốn như alkaloid, tannin và phytate (Hussain and Uddin, 2012), làm tăng các chất dinh dưỡng và tăng khả năng tiêu hóa protein đồng thời tăng quá trình tích lũy các hợp chất 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 quá trình 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 sinh các hợp chất có hoạt tính chống oxy hóa và polyphenol làm tăng đáng kể các hợp chất này sau quá trình nảy mầm (Gan et al., 2017) Như vậy, nảy mầm có thể là phương pháp công nghệ xanh để tích trữ các hợp chất có hoạt tính sinh học tự nhiên và hạt nảy mầm giàu hợp chất có hoạt tính sinh học có thể dùng như thực phẩm chức năng phòng ngừa 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 nhưng yếu

tố bên ngoài là quan trọng nhất, bao gồm nước, nhiệt độ, oxy và đôi khi là môi trường nảy mầm sáng hoặc tối Những hạt giống khác nhau thì có mức độ nảy mầm khác nhau

1.2.2.1 Nước

Nước là yếu tố cần thiết cho quá trình nảy mầm giúp tăng độ ẩm hạt, kích hoạt các enzyme, 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, do

đó sau khi ngâm hạt có sự trương nở Nước cần thiết cho các enzyme hoạt động, phá vỡ các mô dự trữ, vỏ hạt và vận chuyển các chất dinh dưỡng từ vùng dự trữ đến lá mầm hoặc từ nội nhũ đến đỉnh sinh trưởng và khởi phát các phản ứng hóa học, phá vỡ các sản phẩm dự trữ để tổng hợp chất mới Khi độ ẩm tăng thì cường độ hô hấp sẽ tăng lên, tạo

điều kiện thuận lợi cho sự nảy mầm Trong giai đoạn bảo quản, hạt đậu xanh có độ ẩm trung bình từ 7-13,7%, do đó hầu như không có các hoạt động trao đổi chất Độ ẩm thích hợp cho hạt đậu xanh nảy mầm là từ 50% Hạt đậu xanh được ngâm trong nước cất (1:5 w/v) trong thời gian 10 giờ ở nhiệt độ phòng (30±2oC) đảm bảo độ ẩm tối ưu cho hạt nảy mầm (Hussain and Uddin, 2012) Hàm ẩm trong hạt tăng nhanh trong thời gian ủ và đạt giá trị cao nhất 89.5% sau 96 giờ ươm mầm (Shah et al., 2011)

1.2.2.2 Oxy

Oxy cần thiết cho sự chuyển hóa trong quá trình nảy mầm, được sử dụng trong hô hấp hiếu khí để tạo ra năng lượng cần thiết cho sự phát triển của cây trồng Nhiều nghiên cứu cho rằng nếu hàm lượng CO2 tăng lên 0,03% thì sẽ làm chậm quá trình nảy mầm, khi hàm lượng tăng lên 37% thì hạt sẽ chết Vì vậy, trong quá trình nảy mầm cần phải đảo khối hạt để cung cấp nhiều O2 và tránh tích tụ CO2 gây hô hấp yếm khí, gây độc cho hạt

1.2.2.3 Nhiệt độ

Nhiệt độ là yếu tố ảnh hưởng rất lớn đến sự sinh trưởng của thực vật nói chung và quá trình nảy mầm nói riêng Ảnh hưởng của nhiệt độ được biểu thị bằng một giới hạn từ điểm tối thiểu đến điểm tối ưu để quá trình nảy mầm có thể xảy ra Nhiệt độ tối ưu là nhiệt độ mà tại đó tỉ lệ hạt nảy mầm là cao nhất trong thời gian ngắn nhất, nếu nhiệt độ dưới mức tối ưu sẽ dẫn đến tỉ lệ nảy mầm thấp và thời gian nảy mầm cũng kéo dài hơn (Kumar and Singhal, 2009)

1.2.2.4 Ánh sáng

Ánh sáng có ảnh hưởng đến sự ra hoa, kéo dài thân và hình thành sắc tố ở quả và lá, cường độ lẫn chất lượng ánh sáng đều có ảnh hưởng đến qúa trình nảy mầm Tuy nhiên, không phải bất kỳ loại hạt nào trong quá trình nảy mầm cũng cần có ánh sáng Một số loại hạt cần bóng tối để nảy mầm như các loại cây họ hành hay hạt của cây họ đậu

Các kiểu chiếu sáng trong thời gian nảy mầm đóng một vai trò quan trọng đối với một

số nhóm chất chuyển hóa Cùng loại cây trồng nảy mẩm trong bóng tối hoặc dưới ánh sáng thì khác nhau về thành phần sinh hóa Một số nghiên cứu đã chứng minh ảnh hưởng

của các thông số quang phổ ánh sáng (bước sóng), các kiểu chiếu sáng khác nhau và sự kết hợp của chúng (ví dụ: đèn LED và tia cực tím) về sự tổng hợp và tích lũy tổng số hợp chất phenolic (PC) trong mầm cây họ đậu hoặc các acid phenolic, flavonoid Ánh sáng cũng ảnh hưởng đến sự tích tụ hoạt tính sinh học các hợp chất như acid amin, vitamin C, vitamin E, carotenoids và sắc tố quang hợp (Perchuk et al., 2023)

Do hạt đậu xanh có giá trị dinh dưỡng cao cùng với các hợp chất có hoạt tính sinh học

có giá trị, các nhà khoa học tìm phương pháp nhằm nâng cao hàm lượng các chất này Hai phương pháp lên men và nảy mầm được sử dụng nhằm tăng hàm lượng dinh dưỡng

và giá trị các hợp chất tự nhiên Ở Việt Nam, sản phẩm giá đậu xanh, sản xuất từ quá trình nảy mầm hạt, được dùng rất phổ biến và hiện diện trong các bữa ăn của gia đình và trong các món ăn truyền thống lẫn hiện đại Quá trình nảy mầm hạt này đơn giản, thân thiện môi trường, thuận lợi trong điền kiện sản xuất ở các quy mô nhỏ, vừa và lớn

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

Protein đậu xanh được đánh giá là có chất lượng tốt do có chứa đầy đủ các amino acid thiết yếu và hàm lượng của chúng tương đối phù hợp với tiêu chuẩn dinh dưỡng dành cho trẻ em do tổ chức lương nông thế giới (FAO) và tổ chức y tế thế giới (WHO) khuyến nghị Đậu xanh chứa nhiều amino acid thiết yếu và hàm lượng này tăng lên đáng kể sau khi hạt nảy mầm do quá trình thuỷ phân protein (Tiansawang et al., 2016) Hạt nảy mầm được biết đến như là nguồn GABA mang lại những tác dụng có lợi cho sức khỏe con người Trong suốt quá trình nảy mầm, hàm lượng các hợp chất có hoạt tính sinh học như GABA, polyphenol và các hợp chất khác như vitamin, acid hữu cơ và đường khử có khuynh hướng tăng và thay đổi tuỳ theo điều kiện và thời gian của quá trình nảy mầm (Tang et al., 2014) Vì thế, nghiên cứu tối ưu thời gian và điều kiện nảy mầm hạt đậu xanh nhằm thu được các hợp chất cao nhất sinh học này là cần thiết

Trong suốt quá trình nảy mầm, các enzyme nội bào được hoạt hoá và các hợp chất dự trữ như protein và carbohydrate được phân cắt thành các phân tử nhỏ, đồng thời các hợp chất mới được hình thành Cụ thể, quá trình này đã nâng cao hàm lượng GABA và

polyphenol trong các hạt ngũ cốc (Paucar-Menacho, Peñas, et al., 2017) Các mầm có lợi ích dinh dưỡng đáng kể cho cơ thể con người vì nồng độ chất dinh dưỡng cao có thể được cơ thể sử dụng dễ dàng (Randhir et al., 2004) Vitamin C là một chất chống oxy hóa tự nhiên giúp duy trì trạng thái hoạt động cho nhiều hợp chất hoạt tính sinh học, chẳng hạn như vitamin E, flavonoid và phenolics Vitamin E có thể bảo vệ các acid béo không bão hòa đa chống lại sự phá hủy oxy hóa trong màng tế bào Protein hòa tan trong nước là một yếu tố quan trọng của chất lượng thực phẩm Trong quá trình nảy mầm hạt giống, các protein lưu trữ được huy động để cung cấp chất dinh dưỡng cho sự phát triển của cây con Phenolic nằm mạng lưới lipid-nước của màng, vì vậy chúng có thể gom các gốc tự do bên trong và bên ngoài tế bào Các flavonoid tìm thấy trong đậu đã được nghiên cứu rộng rãi do vai trò bảo vệ của chúng chống lại các bệnh tim mạch và ung thư Trong thập kỷ qua, một số nghiên cứu đã tập trung chủ yếu vào những thay đổi của các hợp chất hoạt tính sinh học trong đậu, khi nảy mầm tăng hàm lượng các vitamin, hàm lượng protein tan trong nước, hàm lượng tổng phenolic và hoạt tính chống oxy hóa Tuy nhiên, hàm lượng các hợp chất này phụ thuộc rất 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, độ ẩm tương đối của môi trường

Trong quá trình nảy mầm của hạt đậu xanh, các protein phân tử lượng lớn và các hợp chất sơ cấp như acid glutamic, glutamine bị thủy phân thành các peptide và các amino acid đơn giản nhờ các enzyme nội sinh trong tế bào chất, chuyển hóa thành các hợp chất thứ cấp và tham gia vào chu trình chuyển hóa để cung cấp năng lượng và oxy để hình thành cây con hợp chất phenolic, các chất chống oxy hóa, các amino acid dễ tiêu hóa (Mubarak, 2005) Theo Tiansawang et al (2016) và Mubarak (2005), quá trình nảy mầm của hạt đậu xanh làm giảm đi hàm lượng carbohydrate và tăng hàm lượng các đường đơn Quá trình nảy mầm làm giảm hàm lượng acid phytic đi nhiều lần so với hạt tươi, nghiên cứu cho thấy hạt nảy mầm ở 72 giờ định lượng được 0,41g/100g chất khô so với hạt tươi là 0,83g/100g chất khô mặc dù quá trình ngâm có làm tăng hàm lượng này nhưng không nhiều (0,89g/100g chất khô) Hiện tượng giảm phytic acid là do lá mầm của hạt

đậu xanh sau quá trình nảy mầm, hạt hút nước đã trương nở, làm phá hủy tế bào và phytic acid di chuyển ra ngoài môi trường

Các nghiên cứu cho thấy các hợp chất tự nhiên trong các cây họ đậu tăng lên và đặc biệt các yếu tố ức chế dinh dưỡng và không tiêu hoá (trypsin inhibitor, phytic acid và tannins) giảm đáng kể trong suốt quá trình nảy mầm (Dueñas et al., 2016; Tang et al., 2014) Các sản phẩm nảy mầm từ cây họ đậu còn được đề nghị là chiến lược hiệu quả nhằm chế biến thành các sản phẩm có hoạt tính chống oxy hoá Các hợp chất polyphenol có trong hạt đậu nảy mầm có vai trò quan trọng đóng góp vào hoạt tính này (Dueñas et al., 2016) Do vậy, xác định điều kiện tiền xử lý và chế độ nảy mầm tối ưu là cần thiết nhằm thu được hợp chất có hoạt tính sinh học cao nhất

1.2.3.1 Gamma-aminobutyric acid (GABA)

GABA là amino acid có bốn carbon phi protein được biết đến như một chất dẫn truyền thần kinh ức chế trong não và tủy sống của các loại động vật có vú GABA được sản xuất chủ yếu từ một-decarboxyl hóa glutamate được xúc tác bởi glutamate decarboxylase (GAD) và là chất làm giảm hội chứng mãn kinh, tăng cường miễn dịch, điều trị ung thư, ngăn ngừa các triệu chứng liên quan đến rượu mãn tính và chống béo phì GABA có nhiều tác dụng với cơ thể con người, đặc biệt lên hệ thần kinh, đảm bảo duy trì sự hoạt động bình thường của não bộ Quá trình nảy mầm làm gia tăng đáng kể GABA và chất

xơ trong chế độ ăn đậu xanh Trong khi đó, đã giảm hàm lượng tro và carbohydrate, nhưng các hoạt tính chống oxy hóa và hàm lượng hợp chất phenolics đã được tìm thấy

có thay đổi ít Vì thế, có thể thấy đậu xanh nảy mầm là nguồn giàu GABA và chất xơ dinh dưỡng (Bảng 1.4)

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

Loại hạt Hàm lượng

GABA nguyên liệu (mg/100g)

Hàm lượng GABA sau nảy mầm (mg/100g)

Thời gian và nhiệt độ ngâm tối ưu

Thời gian và nhiệt độ ủ tối

Đậu nành 12,12 49,77 6 giờ 6 giờ/ nhiệt độ

môi trường Đậu đen 4,38 74,30 6 giờ 6 giờ/ nhiệt độ

môi trường Đậu xanh 5,92 163,87 pH 5,83, 8 giờ

35oC

14,5 giờ/

36,6oC Trung et al (2017) Đậu nành 0,48 2,24 4 giờ/ 30oC 24 giờ Guo et al (2011) Hạt kê 3,38 35,70

8-16 giờ/

nhiệt độ môi trường

60 giờ Sharma et al

Villaluenga, et al (2017)

Mặc dù GABA có sẵn trong nhiều trái cây và rau quả, nồng độ của nó trong các loại thực phẩm tự nhiên rất thấp, dao động từ 0,03 đến 2,00 µmol/ g trọng lượng tươi Nhiều nghiên cứu tập trung vào việc tìm kiếm những phương pháp mới để tăng hàm lượng GABA trong thực phẩm tự nhiên có thể có lợi cho sức khỏe con người Áp lực môi trường, phụ gia và biến đổi sinh học đã được tìm thấy để kích thích sự tích tụ của GABA (Song and Yu, 2018)

GABA có công dụng (Diana et al., 2014; Oh et al., 2003; Shelp et al., 1999) ngăn ngừa một số loại ung thư ví dụ như ung thư phổi do có khả năng ức chế sự sinh trưởng của tế bào ung thư, có tác dụng làm giảm các chứng bệnh liên quan đến tim mạch, bệnh huyết

áp thấp do làm giãn các mạch dẫn máu Nó giúp điều hòa cảm giác đau và mệt mỏi, cải thiện trí nhớ và khả năng học tập GABA có tác dụng ngăn ngừa bệnh tiểu đường do kích thích tiết insulin đồng thời có hiệu quả trong điều trị các bệnh như Parkinson, Alzheimer cùng chứng mất ngủ và rối loạn tiền mãn kinh

và các tác dụng giãn mạch Một số tác dụng có lợi từ các hợp chất phenolic chủ yếu là

do hoạt tính chống oxy hóa của chúng Các lợi ích sức khỏe liên quan đến polyphenol

và ứng dụng của chúng đã được đề cập đến trong nhiều nghiên cứu (Ajila et al., 2011)

Sự nảy mầm thúc đẩy tăng hợp chất tự nhiên của đậu xanh, đậu tương và đậu đen Sau 3-5 ngày nảy mầm hoạt động chống oxy hóa của tổng phenolic và tổng flavonoid có đóng góp cao nhất Nghiên cứu của Huang et al (2014) cho rằng sau khi ngâm hạt trong

10 giờ, hạt đậu xanh tổng hợp hàm lượng polyphenol tăng 103,7% sau 1 ngày nảy mầm

so với hạt chưa nảy mầm, sau đó hàm lượng này giảm nhanh ở các ngày tiếp theo, tác giả giải thích rằng polyphenol được sinh ra khi hạt bắt đầu nảy mầm, hợp chất này được tổng hợp nhằm giúp bảo vệ hạt khỏi các yếu có bất lợi bên ngoài Theo Tiansawang et

al (2016) hàm lượng polyphenol trong hạt đậu xanh chưa nảy mầm khoảng 12%, sau thời gian nảy mầm từ 6 -12 giờ (thời gian ngâm 6 giờ) thì hạt tổng hợp được hàm lượng polyphenol khoảng 11%, hàm lượng này được tổng hợp nhiều nhất sau 48h nảy mầm với 13% Fernandez-Orozco et al (2008) cho rằng hàm lượng polyphenol được hạt đậu xanh tổng hợp nhiều nhất sau 7 ngày nảy mầm với 3,46 mg catechin/g (chất khô) so với hạt đậu xanh chưa nảy mầm là 1,09 mg catechin/g (chất khô) Kết quả nghiên cứu này còn

cho thấy hàm lượng polyphenol tăng dần trong quá trình nảy mầm từ 2 đến 7 ngày Một nghiên cứu khác của Wongsiri et al (2015) chứng minh rằng TPC của hạt đậu xanh nảy mầm tăng lên cao nhất sau 24 giờ ủ, cao gấp 4 lần so với hạt tươi Nguyên nhân do trong quá trình nảy mầm, hạt có chứa nhiều chất dinh dưỡng, là môi trường thuận lợi cho vi sinh vật phát triển cũng giống như tấn công của côn trùng sống ở môi trường xung quanh, các hợp chất phenolic acid được tạo nên để bảo vệ hạt khỏi những mối nguy kể trên

Sự gia tăng của hoạt động chống oxy hóa trong quá trình nảy mầm của đậu xanh có liên quan với những thay đổi hàm lượng của chất chống oxy hóa, chẳng hạn như vitamin và polyphenol Nhìn chung, các nghiên cứu cho thấy hạt nảy mầm là nguồn có giá trị về các hợp chất hoạt tính sinh học tự nhiên và chất chống oxy hóa Đậu xanh hạt và mầm là ví

dụ điển hình của thực phẩm chức năng có tác dụng giảm nguy cơ bệnh tật Những thay đổi thành phần hóa học của đậu xanh trong quá trình nảy mầm dẫn đến sự thay thế và thay đổi quan trọng hoạt tính dược lý của đậu xanh Như vậy, các nghiên cứu tương lai cần nhắm đến trích ly và tinh chế các hoạt chất sinh học mới ứng dụng trong nông nghiệp, thực phẩm sức khỏe, mỹ phẩm và dược (Tang et al., 2014)

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

1.3.1 So sánh các phương pháp trích ly

Như đã đề cập ở trên, hàm lượng cao các hợp chất có hoạt tính sinh học sinh học (GABA

và polyphenol) của hạt đậu xanh nảy mầm và có lợi ích cho sức khoẻ con người Do đó, lựa chọn phương pháp trích ly phù hợp và tối ưu hóa điều kiện trích ly là những bước quan trọng Gần đây, quá trình trích ly truyền thống sử dụng dung môi công nghiệp đã hạn chế do lo ngại về sức khỏe, gia tăng các quy định về môi trường và suy giảm chất lượng Dư lượng dung môi độc hại trong các sản phẩm thực phẩm ngày càng được coi

là không phù hợp và không được chấp nhận bởi người tiêu dùng lo ngại về tác động có thể có của những dung môi đối với sức khỏe của con người (Shi et al., 2005) Điều quan trọng là phải tìm ra một phương pháp trích ly hợp chất có hoạt tính sinh học phù hợp bằng cách sử dụng dung môi thân thiện môi trường