Luận văn thạc sĩ Công nghệ thực phẩm: Nghiên cứu điều kiện nảy mầm trên hạt đậu xanh (Vigna radiata) để làm giàu hàm lượng GABA

Các yếu tô ảnh hưởng lên hàm lượng GABA trong hạt đậu xanhnảy mâm được khảo sát bao gồm: pH nước ngâm, thời gian và nhiệt độ ngâm và nảymâm, và hai điều kiện nảy mam hiếu khí và hypoxia-

PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

Mục tiêu của dé tài là nghiên cứu, tối ưu hóa điều kiện nảy mam làm giàu hoạt chất GABA từ hạt đậu xanh, từ đó áp dụng chế biến bột đậu xanh ăn liền để góp phần đa dạng hóa sản phẩm bột đậu xanh truyền thong giàu GABA trên thị trường, đáp ứng nhu câu nâng cao giá trị dinh dưỡng và hoạt chất sinh học cho người tiêu dùng Việt

2.2.1 Quy trình sản xuất bột đậu xanh giàu GABA đề xuất

Bột đậu xanh giàu GABA

Hình 2.1: Quy trình sản xuất bột đậu xanh nảy mâm giàu GABA 2.2.2 Thuyết minh quy trình

Loại bỏ tạp chất và những hạt vỡ vụn, hạt lép làm cho thành phần của khối hạt đồng đều hơn.

Dùng sàng để loại bỏ tạp chất, dựa vào sự khác nhau của kích thước của hạt để tách bỏ những hat vỡ, hạt lép, và những tạp chất có kích thước nhỏ hơn kích thước lỗ sàng.

Với những tạp chất lớn hơn kích thước lỗ sàng, dùng tay để loại ra.

Chuyển đổi trang thái “nghỉ” của enzyme sang trạng thái hoạt động, chuẩn bị cho quá trình sinh tong hợp GABA trong đậu.

Cách tiến hành: Đậu xanh được ngâm trong các khay nhựa sạch theo tỉ lệ đậu xanh:nước la 1:5

(w/v), trong thời gian từ 0 giờ đến 10 giờ.

Vật lý: trong quá trình ngâm hạt đậu xanh hút nước, trương nở dẫn đến sự gia tăng về kích thước và khối lượng Hạt đậu trở nên mềm hơn.

Hóa lý: hạt đậu xanh bị hydrat hóa Trong quá trình này, một phần các oligosaccharide như raffinose, stachyose được trích ly ra khỏi hat đậu xanh Quá trình ngâm cũng làm giảm bớt mùi hăng của đậu xanh.

Tạo điều kiện thuận lợi về nhiệt độ, thời gian cho mầm phát triển.

Tích lũy hàm lượng GABA và các hợp chất khác trong mâm.

Cách tiến hành: Điều kiện hiếu khí: Đậu xanh sau ngâm được dàn trải trên một tắm vải vô trùng thắm nước, chứa trong các đĩa petri (100mm x 25mm), và đặt các đĩa petri này (không đậy nắp) vào tủ âm có điều chỉnh nhiệt độ theo dõi Trong quá trình ủ, phun nước đều đặn 6 giờ/lần để đảm bảo độ âm cần thiết cho hạt nảy mam. Điêu kiện hypoxia-anaerobic:

Thực hiện tương tự điều kiện ủ hiểu khí, các hạt đậu xanh sau ngâm sẽ được dàn trải trên một tam vải vô trùng thâm nước, chứa trong các đĩa petri (10gam đậu/đĩa), đậy nap đĩa va đặt các đĩa petri vào một bao nhựa polypropylen (PP), tiến hành rút chân không, hàn kín và đặt túi PP vào tủ ấm có điều chỉnh nhiệt độ.

Trong quá trình nay mam có hai biến đổi quan trong là trao đổi chất và sinh trưởng Trao đối chất gồm hai quá trình đồng hóa và dị hóa.

Trong quá trình dị hóa hạt sẽ sử dụng những chat dự trữ như tinh bột, protein thành những chất trung gian như: peptid, acid amin, dextrin, đường don , và năng lượng.

Còn trong quá trình đồng hóa thì hạt sử dụng các hợp chất trung gian và năng lượng do dị hóa cung cấp dé tổng hợp những chất mới như vitamin, các hợp chất có hoạt tính sinh học GABA, phenolic, vitamin C , và những co quan mới cho hạt.

Biến đổi hóa sinh: nhiều nhóm enzym trong hạt như: B-amylase, a- amylase, protease , sẽ hoạt hóa và sinh tong hợp, các enzym này sẽ tham gia xúc tác phản ứng chuyển hoá các hợp chất trong hạt và làm thay đổi thành phan hóa học và độ xốp của hạt trong quá trình ủ.

Biến đổi về mặt sinh học: Nhiều biến đổi vật lí xảy ra trong quá trình nảy mầm điển hình như sự xuất hiện của những cơ quan mới như rễ mầm và lá mầm làm cho hình dạng hat thay đối, cau trúc trở nên xốp hon, vỏ hạt bị nứt vỡ, có thé tách rời khỏi hat, tỷ trọng thay đổi đôi chút do có sự phân giải và chuyển hóa các thành phan cơ chất bên trong hạt.

Biến đổi vật lí: Nhiệt độ khói hạt tăng lên.

Uc chế hoạt động của enzyme dé ngừng han các hoạt động chuyền hóa bat lợi cho ham lượng GABA Dong thời, vô hoạt các enzyme khác, dừng quá trình nảy mam.

Tiêu diệt các vi sinh vật.

Hồ hóa một phan tinh bột, cải thiện đặc tính hoa tan trong nước cho sản phẩm.

Cải thiện mùi “hăng” trong đậu.

Thực hiện luộc băng nước nóng, đậu xanh sau ủ sẽ trực tiếp cho vào các bể nước nóng có các nhiệt độ khác nhau trong 15 phút để thực hiện quá trình luộc Sau đó vớt ráo, đãi sạch lớp vỏ bên ngoài.

Vật lý: Trong quá trình luộc, lớp vỏ hạt trương phông và dễ bị tách ra khỏi phôi mam hon, thuận lợi cho quá trình tách vỏ Phôi mam cũng có sự tăng nhẹ thể tích va có sự thay đổi nhẹ về màu sắc (hạt vàng hơn).

Lam thất thoát dinh dưỡng, một số protein hòa tan vào trong môi trường nước.

Tinh bột bị hồ hóa một phan, cải thiện đặc tính hòa tan trong nước.

Hóa sinh: các enzyme sẽ bi vô hoạt.

Sinh học: một số vi sinh vật có thể bị tiêu diệt.

Giảm hoạt độ nước, ôn định chất lượng hạt và bảo quản đậu tránh sự tan công cua vi sinh vật.

Thực hiện sấy trong tủ say dé đưa hạt về độ âm dưới 7%.

Vật lý: Nhiệt độ hạt tăng lên.

Hóa học: Độ âm của hạt giảm xuống dưới 7%, phản ứng Maillard có thể xảy ra.

Cảm quan: Hạt đậu khô và có màu vàng sâm.

Chuyén nguyên liệu từ dạng hat có kích thước sang dạng bột có kích thước nhỏ.

Sử dụng cối xay đá để nghiền mẫu.

Vật ly: Kích thước của hạt đậu giảm xuống, có sự tăng nhẹ nhiệt độ.

2.3 Nội dung nghiên cứu ề Đậu xanh sau thu hoạch 1 tháng ) ì

Nghiên cứu sự tích lũy GABA trong quỏ trỡnh ằ Khảo sỏt điều kiện ngõm nảy mâm đậu 5

- — Độẩm Khảo sát điều kiện nay mam —

- GABA 30; 35; 40 C/6:48h >\ Điều kiện hypoxia-ananaerobic

M ằ Khảo sỏt điờu kiện sõy

Khảo sat pH nước ngâm

Nghiên cứu sản xuất 7 À 50; 60; 70 C/2+6h bột đậu xanh nảy mam —] pH 5.3; 6.3; 7.3 giàu GABA Ý

> Khảo sát điêu kiện hap

Tôi ưu hóa điều kiện nảy mam Hàm mục tiêu: 70; 80; 90°C/15 phút

Hình 2.2: So đô nghiên cứu bột đậu xanh nảy mam giàu GABA 2.3.2 Nội dung 1: Xác định thành phần nguyên liệu

Khảo sát các thành phân cơ bản của hạt đậu xanh, và hàm lượng GABA.

Các chỉ tiêu phân phân tích: Độ am của hạt.

Hàm lượng amino acid tự do trong hạt.

Hàm lượng đường khử trong hạt.

Hàm lượng GABA trong hạt.

2.3.3 Nội dung 2: Khao sát quá trình ngâm

Nhiệt độ ngâm và thời gian ngâm khác nhau sé dẫn đến khả năng nảy mam khác nhau Vì vậy, khảo sát nhiệt độ ngâm và thời gian ngâm là cần thiết để chọn ra nhiệt độ và thời gian ngâm thích hop cho sự tích lũy đủ hàm lượng nước và nguồn cơ chat cho hạt thực hiện quá trình này mam.

KÉT QUÁ

3.1 Khao sát thời gian ngầm

Hình 3.1: Sự thay đổi độ ẩm trong quá trình ngâm hat Trong quá trình ngâm, hạt hút nước liên tục dẫn đến sự thay đối về kích thước hạt.

Và bên trong tế bào, quá trình tổng hợp và hô hấp bắt đầu diễn ra mạnh mẽ hơn [62].

Theo Nonogaki và cộng sự (2010), sự gia tang ham âm theo thời gian là do sự tăng lên về số lượng tế bào ngậm nước có trong hạt [52] Nhưng tốc độ hút nước sẽ thay đổi theo thời gian và nhiệt độ ngâm Cụ thé, nhiệt độ ngâm cao hơn, tốc độ hút nước sẽ cao hơn [59] Kết quả khảo sát độ 4m trong quá trình ngâm được trình bày như hình

Ti lệ ngâm đậu xanh:nước là 1:5 (w/v), khảo sat ở các khoảng nhiệt độ 30, 35 va

40°C Độ âm ban đầu của hạt khoảng 12.94+0.48%, và liên tục tăng trong quá trình ngâm Ở 40°C, tốc độ hạt hút nước là nhanh nhất dẫn đến hàm 4m tăng nhanh nhất.

Theo Maisont và cộng sự (2010), nước sẽ không thấm ngay trực tiếp vào nội nhũ trong quá trình hút nước, vì còn có nhiều lớp vo hạt bao bọc [48] Đầu tiên, nước sẽ ngâm vào trung tâm của phôi, sau đó khuếch tán qua nội nhũ Tốc độ hap thu am trong

29 quá trình nảy mam chia làm 2 pha: pha I (trong giai đoạn đầu) tốc độ hút âm rất nhanh, pha II - độ âm của hạt đạt đến cân bang va hau nhu tang rat ít, chuẩn bi cho giai đoạn nảy mam, rễ bat đầu dài ra và làm nhiệm vụ hút nước [9] Theo đồ thị, hạt hút 4m mạnh nhất trong 4 giờ dau, độ âm là 47.5540.47%, 49.2140.33%, và 55.43+0.48% tương ứng ở các nhiệt độ 30°C, 35°C và 40°C Sau 10 giờ, hàm âm gần như đạt cân bang và ít có sự thay đổi đáng kể, cũng như không có sự khác biệt ý nghĩa giữa các nhiệt độ ngâm.

Hình 3.2: Sự thay đổi hàm lượng đường khử trong quá trình ngâm

Theo Wen và cộng sự (2009), hàm lượng acid gibberellic (GA) tăng nhanh sau quá trình hút nước sẽ khuếch tán vào lớp aleuron của hạt và hoạt hóa tổng hợp các enzyme thủy phân [66] Trong đó có hệ enzyme ơ-amylase và B-amylase đặc biệt được hoạt hóa, sẽ làm tăng nhanh quá trình thủy phân tính bột theo các khoảng nhiệt độ ngâm.

Hàm lượng đường khử đạt cao nhất ở khoảng thời gian 8 giờ ngâm: 10.78+0.27,10.6140.22 và 9.52+0.16 (g/100g CK) tương ứng các khoảng nhiệt độ ngâm là 30°C,35°C và 40°C, tăng hon gấp đôi so với nguyên liệu ban đầu là 4.68+0.12g/100g CK.

Như vậy, nhiệt độ càng cao thì sự khuếch tán đường khử từ trong hạt ra nước càng nhanh, và hàm lượng đường khử trong hạt thấp nhất là 40°C, và cao nhất là 30°C và 35°C Điều này đã được Chiba và cộng sự (1991) nghiên cứu và giải thích là do nhiệt độ tối ưu của hệ enzyme a-amylase ở khoảng 25°C và sự khuếch tán đường khử ra nước tương đối chậm hon so với các nhiệt độ cao hơn [15].

Tuy nhiên, khi kéo dài thời gian ngâm đến 10 giờ thì hàm lượng đường khử trong hạt ở các nhiệt độ đều có xu hướng giảm xuống (như hình 3.2), điều này là do sự chênh lệch cao về nông độ đường giữa bên trong hat và nước ngâm, nên xảy ra sự khuếch tán nhanh đường khử vào nước ngâm Đồng thời cường độ hô hap của hạt cũng tăng trong suốt thời gian ngâm sẽ dẫn đến sự giảm hàm lượng đường khử trong hạt đáng kế.

3.1.3 Hàm lượng amino acid tự do

Hình 3.3 chỉ ra sự biến đối ham lượng amino acid tự do trong hạt đậu xanh trong suốt quá trình ngâm Hàm lượng amino acid tự do ban đầu trong đậu nguyên liệu rất thấp (0.187+0.039g/100g CK) Sự tăng về hàm lượng amino acid tự do trong 4 giờ đầu là không nhiều, có thể do quá trình ngâm mới bắt đầu nên hoạt tính enzyme protease chưa tăng đáng kế do chúng chưa được hoạt hóa day đủ [68].

Trong quá trình ngâm hạt, đậu ngập trong nước và ở trong tình trạng thiếu oxy vì oxy hòa tan trong nước rất thấp nên sự tích lũy amino acid có được là do sự thủy phân protein dự trữ trong hạt bởi hệ enzyme protease được hoạt hóa trong quá trình hạt hút nước, acid glutamic được chuyển hóa thành GABA Do đó xảy ra 2 quá trình đồng thời là acid amin được sản sinh ra và một phân nhỏ acid amin bị tiêu hao chuyển hóa thành GABA [45] Tw sau 4 giờ dén 8 giờ, hàm lượng amino acid tự do tăng nhanh va đạt cực đại ở 40°C va 35°C, tương ứng 0.563+0.02 và 0.568+0.012 (g/100g CK) Sự ảnh hưởng của nhiệt độ ngâm được thé hiện rõ Cụ thé là tại 8 gid, hàm lượng amino acid tự do ở 30°C chỉ đạt 0.4ỉ7+0.018g/100g CK, thấp hơn han so với 35°C và 40°C.

Sự khác biệt đó là do nhiệt độ tối ưu hoạt động của enzyme protease trong tế bào khoảng 40-45°C [22].

Hình 3.3: Sự thay đổi của hàm lượng amino acid tự do trong quá trình ngâm Kết quả tương tự như hàm lượng đường khử, sau 8 giờ đến 10 giờ, hàm lượng amino acid lại giảm nhẹ, đó là do sự chênh lệch nồng độ amino acid giữa bên trong và bên ngoài hạt và dẫn đến sự hòa tan hàm lượng amino acid vào nước nhanh hơn.

Như vậy, sau quá trình ngâm 8 giờ, nhiệt độ ngâm 35°C cho thay su vuot troi hon so với các nhiệt độ ngâm khác, ham lượng đường khử va amino acid đạt cao nhất và hàm am cũng đạt 55.49+0.65%, đủ dé sự nảy mam diễn ra tốt [12] Đồng thời quan sát quá trình ngâm sau 10 giờ, dịch ngâm bat đầu có hiện tượng bọt khí, có thé đây là sự lên men do đường hòa tan vào dịch ngâm, điều này dễ dẫn tới sự hư hỏng sản phẩm về sau Do đó, chúng tôi chọn nhiệt độ và thời gian ngâm chuẩn bị cho quá trình nảy mam là 35°C, trong vòng 8 giờ ở ty lệ ngầm đậu:nước la 1:5 (w/v).

3.2 Khao sát quá trình ủ hiếu khí

Hình 3.4: Sự thay đổi độ ẩm trong quá trình u hiểu khí

Khi hạt hút nước, áp suất của nó tăng lên đáng kể, và enzyme protease tham gia quá trình nảy mam sẽ thuỷ phân các protein để tích lũy đủ lượng amino acid, kết quả bắt đầu quá trình tạo rễ SƠ cấp [55] Khi bắt đầu quá trình u, hạt đậu sẽ được ủ trong các khăn ướt vô trùng và có điều kiện tiếp xúc với oxy trong không khí nhiêu hơn.

Quá trình cung cap oxy day đủ và sự hô hấp diễn ra mạnh mẽ hơn Phan rễ sơ cấp bat đầu hút nước từ khăn am, oxy cũng được cung cấp day đủ, thực hiện các phan ứng hóa sinh nội bao như các chu trình đường phân, chu trình pentose phosphate, chu trình

Krebs, làm thay đổi thành phan hóa học của hat [9] Khi các thành phan này chuyển sang thể hòa tan, chúng sẽ được sử dụng như thành phần của mô mới, phát triển thành cây con Do đó, hàm âm của mâm sẽ tiếp tục tăng.

Kết quả độ âm được chỉ ra theo hình 3.4 Trong 48 giờ đầu tiên, hàm 4m của mam đậu tăng lên liên tục, ảnh hưởng của nhiệt độ ủ là không khác biệt Song song với quá trình đó, ré mam cũng dài ra, theo nghiên cứu cua Swee và cộng sự (2014), chiêu dai

TNI19 0 0 0 35 12 6.3 1516.67

KET QUÁ VÀ KIÊN NGHỊ 4.1 Kết qua

Sau khi thực hiện nghiên cứu, chúng tôi rút ra được quy trình công nghệ sản xuất bột đậu xanh nảy mầm giàu GABA như sau:

Bot dau xanh na mam giau GABA

Hình 4.1: Quy trình sản xuất bột đậu xanh nảy mâm giàu GABA

Với nguyên liệu sản xuất là đậu xanh, chúng tôi rút ra được một số kết luận sau: Đậu xanh được xử lý nảy mầm có hàm lượng GABA cao hơn nhiều so với đậu xanh không được xử lý nảy mam.

Khi thực hiện ngâm ở 35°C trong 8 giờ, chúng tôi nhận thấy hàm lượng amino acid tự do và đường khử bị ton that ít nhất và được sinh ra nhiều nhất vẫn còn đáp ứng được nhu cau dinh dưỡng cho hạt nảy mam sau này.

Nay mam hạt ở điều kiện ủ hypoxia-anaerobic cho ra ham lượng GABA cao hơn han so với nay mâm hạt ở điêu kiện hiệu khí, thời gian nay mâm rút ngăn xuông.

57 Điều kiện tối ưu thực hiện quá trình nảy mam hạt đậu xanh trong điều kiện ủ hypoxia- anaerobic là pH nước ngâm 5.83, nhiệt độ nảy mam 36.6°C và thời gian nảy mam là 14.5 giờ.

Luộc băng nước nóng ở nhiệt độ 80°C trong 15 phut, sau do say ở 50°C trong 3 giờ, ham lượng GABA thu được con lại là cao nhất và cải thiện được các đặc tính hăng, khả năng hòa tan trong nước của bột đậu xanh nảy mâm.

Kết qua phân tích hàm lượng GABA trong mẫu đậu xanh nảy mam của chúng tôi tại phòng thí nghiệm là 273.76+12.34ppm (theo phương pháp đo quang), và kết qua phân tích của trung tâm dịch vụ phân tích thí nghiệm Thành phố Hồ Chí Minh là 286.7ppm (phương pháp HPLC) Như vậy, kết quả của chúng tôi thu được là tương đồng với kết quả phân tích bên ngoài.

4.2 Kiên nghị Qua những kết quả thu được, chúng tôi có một số kiến nghị để hoàn thiện hơn nghiên cứu như sau:

Khảo sát ảnh hưởng của một số hoạt chất kích thích kha năng nảy mam và sinh tổng hợp GABA. Đánh giá tính khả thi về mặt kỹ thuật và hiệu quả kinh tế ở quy mô sản xuất thực