Nghiên cứu các yếu tố ảnh hưởng đến tỷ lệ nảy mầm của hạt đậu nành và tối ưu hóa điều kiện sấy đậu nành nảy mầm

TÓM TẮT:

Nghiên cứu nhằm khảo sát các yếu tố ảnh hưởng đến tỷ lệ nảy mầm của đậu nành bao gồm giống đậu nành, mật độ gieo, diện tích trồng và tối ưu hóa điều kiện sấy đậu nành nảy mầm để thu được hàm lượng isoflavone, polyphenol và GABA cao nhất, sau cùng thực hiện khảo sát quá trình nghiền hạt đậu nành nảy mầm với hàm mục tiêu là độ ẩm và tỉ lệ lọt rây để thu nhận chế phẩm bột cùng loại có kích thước hạt đồng nhất. Kết quả khảo sát cho thấy giống đậu nành ĐT 2008 gieo ở mật độ 200 hạt với diện tích gieo 615,44 cm² cho tỷ lệ nảy mầm cao nhất, và các điều kiện tối ưu hóa trong quá trình sấy bao gồm nhiệt độ sấy 52,39°C và thời gian sấy là 12,13 giờ.

Keywords: polyphenol, isoflavone, GABA, Glycine max, đậu nành nảy mầm.

1. Đặt vấn đề

Đậu nành (Glycine max) hay còn gọi là đậu tương là cây lương thực thuộc họ Đậu, có nguồn gốc ở Trung Quốc. Ở Việt Nam đậu nành là một trong những cây trồng phổ biến, cung cấp khoảng 40% protein và 20% lipid và các amino acid cần thiết. Đậu nành nảy mầm có chứa các hoạt chất quan trọng có hàm lượng cao như polyphenol, isoflavone và γ-Aminobutyric axit (GABA) là những hoạt chất sinh học có lợi cho sức khỏe. Nhiều nghiên cứu về hợp chất polyphenol hiện nay công bố nó có những tác dụng nhất định như chống viêm, điều hòa miễn dịch, chống oxy hóa - loại bỏ gốc tự do, từ đó kìm hãm quá trình oxy hóa dẫn đến các bệnh thoái hóa hay các bệnh về tim mạch, ung thư… [1]. Trong đó, isoflavone là một nhóm hợp chất polyphenol dị vòng có cấu trúc tương đồng với hợp chất β-estrogen ở người - một loại hợp chất có tác dụng trong quá trình chống oxy hóa, ngăn chặn quá trình lão hóa da và đặc biệt là bổ sung nội tiết tố ở phụ nữ [2].

Ngoài ra, hợp chất GABA tồn tại trong đậu nành nảy mầm hiện nay cũng nhận được nhiều sự quan tâm từ giới khoa học, xu hướng phát triển các thực phẩm giàu hàm lượng GABA cũng trở nên phổ biến những năm gần đây bởi có nhiều lợi ích như giảm áp suất máu và ức chế các xung dẫn truyền thần kinh trong hệ thống thần kinh, ngăn chặn hiệu quả các cơn đau và giảm thiểu các trạng thái stress, lo âu…[3]. Vì vậy, nghiên cứu này thực hiện khảo sát các yếu tố ảnh hưởng đến tỉ lệ nảy mầm của hạt đậu nành (bao gồm các yếu tố về nguyên liệu, mật độ và diện tích gieo) cùng sự tối ưu hóa điều kiện sấy đậu nành nảy mầm (bao gồm yếu tố thời gian và nhiệt độ sấy).

2. VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

• Vật liệu

Nguyên liệu: Giống đậu nành ĐT2008, ĐT84 và ĐT26. Nguyên liệu sau khi thu mua sẽ được loại bỏ các hạt vỡ, lép và các tạp chất sau đó được bảo quản ở nơi khô ráo, thoáng mát, tránh ánh nắng trực tiếp.

Hóa chất: Methanol, Ethanol, Folin, Phenol, Na₂CO_3, NaClO, nước cất.

• Phương pháp nghiên cứu
  • Quy trình nghiên cứu

Tiến hành đếm số hạt đậu nành, hạt sau đó sẽ được rửa ngâm với nước cất ở nhiệt độ nhất định. Hạt tiếp tục được ngâm trong khoảng thời gian cố định, sau đó ủ hạt trên các giá thể gieo trồng. Tiến hành thu nhận các hạt có mọc mầm, đem sấy, nghiền để thu nhận bột, sau đó tiến hành xác định hàm lượng các hợp chất sinh học.

• Khảo sát giống đậu nành ảnh hưởng đến tỉ lệ nảy mầm

Tiến hành khảo sát tỷ lệ nảy mầm của 3 giống đậu nành ĐT2008, ĐT84 và ĐT26. Đếm 200 hạt đậu nành ở mỗi giống đậu nành và thực hiện quá trình ươm mầm theo quy trình ở mục 2.2.1. Đậu nành sau khi nảy mầm sẽ tiến hành đếm số hạt nảy mầm trên tổng số đã hạt gieo.

• Khảo sát mật độ gieo ảnh hưởng đến tỉ lệ nảy mầm

Tiến hành khảo sát mật độ gieo đậu nành với số hạt: 100, 200, 300, 400 hạt trên cùng diện tích gieo 615,44 cm², thực hiện quá trình ươm mầm theo quy trình ở mục 2.2.1 với hàm mục tiêu là tỷ lệ nảy mầm. Đậu nành sau khi nảy mầm sẽ tiến hành đếm số hạt nảy mầm trên tổng số đã hạt gieo.

• Khảo sát diện tích gieo trồng ảnh hưởng đến tỉ lệ nảy mầm

Tiến hành khảo sát diện tích gieo đậu nành với số hạt gieo là 200 hạt trên các diện tích trồng 153,86 cm²; 314 cm²; 615,44 cm²; 803,84 cm² (thực hiện quá trình ươm mầm theo quy trình ở mục 2.2.1). Đậu nành sau khi nảy mầm sẽ tiến hành đếm số hạt nảy mầm trên tổng số hạt đã gieo.

• Tối ưu điều kiện sấy đậu nành nảy mầm

Quá trình sấy được thực hiện tối ưu hóa theo phương pháp bề mặt đáp ứng (RSM) theo mô hình CCD nhằm đánh giá ảnh hưởng đồng thời của các yếu tố trong quá trình sấy tác động lên các hợp chất sinh học (isoflavone, polyphenol và GABA) có trong bột đậu nành nảy mầm. Các yếu tố được lựa chọn khảo sát là thời gian sấy (X1), nhiệt độ sấy (X2) tại 3 mức được trình bày ở Bảng 1.

Bảng 1. Giá trị các yếu tố dùng trong RSM-CCD

• Phương pháp phân tích
  • Phương pháp tính hiệu suất nảy mầm

Tỷ lệ hạt đậu nành nảy mầm được xác định theo công thức:

• Phương pháp xác định hàm lượng isoflavone

Cân 0,4g bột đậu nành nảy mầm, thêm 100ml ethanol 70%, khuấy liên tục ở 50°C trong 2 giờ. Sau đó lọc để thu được phần dịch trong. Lấy chính xác 1ml dịch trong vừa thu được cho vào bình định mức 10ml, sử dụng ethanol 70% định mức tới vạch, lắc đều rồi đo độ hấp thu ở bước sóng 250 nm [4].

• Phương pháp xác định hàm lượng polyphenol

Cân 1g bột đậu nành nảy mầm, thêm 30ml ethanol 70% rồi ủ ở nhiệt độ 70°C trong 2 giờ. Sau đó, hút 1 mL dung dịch mẫu đã pha loãng vào ống nghiệm. Thêm vào 5 mL FolinCiocalteu 10%, thêm tiếp 4 mL dung dịch Na₂CO₃ 7,5% và lắc đều. Các ống nghiệm được ủ tối trong 1 giờ. Sau đó đo độ hấp thu ở bước sóng 765 nm [5].

• Phương pháp xác định hàm lượng GABA

Bột đậu nành nảy mầm được pha loãng với ethanol 70% theo tỉ lệ 1:10 (w/v). Sau đó khuấy đều trong 30 phút, thực hiện quá trình ly tâm (2 lần). Để bay hơi hết ethanol, pha loãng lại bằng nước cất và ly tâm ở 5.500 vòng/10 phút thu được dịch mẫu trích ly chứa GABA. Hút 600 ml mẫu vào các ống nghiệm thủy tinh, thêm 400 ml đệm borate 0,2mol/L (pH 9,0), 2 ml phenol 6% và 2 ml dung dịch natri hypochlorite 9%. Đun cách thủy hỗn hợp trong 10 phút, sau đó làm nguội các ống nghiệm trong 20 phút. Tiến hành đo quang ở bước sóng 645 nm. Hàm lượng GABA được tính theo hàm lượng µg/g_ck [6].

• Phương pháp xử lý số liệu

Các thí nghiệm được lặp lại 3 lần, kết quả được xử lý với phần mềm Microsoft Excel 2013, sự khác biệt và chọn các thông số phù hợp dựa trên kết quả phân tích của phần mềm IBM SPSS Statistics 20. Kết quả được trình bày dưới dạng giá trị trung bình ± sai số. Xử lý số liệu tối ưu bằng phần mềm JMP 10.

3. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN

3.1. Kết quả khảo sát giống đậu nành ảnh hưởng đến tỉ lệ nảy mầm

Trong cùng một điều kiện chăm sóc và yếu tố ngoại cảnh tác động, mỗi giống đậu nành khác nhau sẽ có tỷ lệ nảy mầm khác nhau. Kết quả về tỷ lệ nảy mầm của các giống đậu nành được thể hiện trong Bảng 2.

Bảng 2. Giống đậu nành ảnh hưởng đến tỷ lệ nảy mầm

Qua Bảng 2 cho thấy tỷ lệ nảy mầm của giống đậu nành ĐT2008 đạt 94,17%, cao hơn so với hai giống đậu ĐT84 là 78% và ĐT26 là 61,5%. Sự khác biệt này có thể là do đặc trưng của từng giống, ĐT2008 là giống đậu nành có khả năng chịu úng và chịu hạn cao, được trồng chủ yếu ở các vùng đồi núi xen với các cây công nghiệp. Khi trong cùng điều kiện đầy đủ nước, giống đậu nành chịu hạn thường có mức độ hút nước nhanh hơn nên sẽ ngậm đủ nước trước giúp cho hoạt động của enzyme bên trong hạt có khả năng sớm hơn phân giải các hợp chất, cung cấp năng lượng cho phôi sinh trưởng và nảy mầm. Vì vậy, giống đậu nành ĐT2008 sẽ có xu hướng nảy mầm trước và tốt hơn 2 giống đậu nành ĐT84 và ĐT26. Kết quả này cũng được tìm thấy tương tự ở nghiên cứu của tác giả Tống Thị Mơ cùng cộng sự [7] khi giống đậu nành ĐT2008 có thời gian nảy mầm nhanh hơn 12 giờ so với đậu nành ĐT84. Như vậy, từ số liệu thu nhận được, giống đậu nành ĐT2008 sẽ được lựa chọn làm nguyên liệu cho các khảo sát tiếp theo.

3.2. Khảo sát mật độ gieo ảnh hưởng đến tỉ lệ nảy mầm

Mật độ gieo hạt trên cùng một diện tích có tác động tương đối đến khả năng nảy mầm của hạt, bởi sự lưu thông khí giữa khối hạt nảy mầm trong suốt quá trình sinh trưởng và phát triển. Bảng 3 và các phân tích dưới đây thể hiện kết quả của khảo sát ảnh hưởng về mật độ gieo trồng hạt đến tỷ lệ nảy mầm của hạt đậu nành.

Bảng 3. Ảnh hưởng mật độ gieo đến tỷ lệ nảy mầm

Số liệu từ Bảng 3 cho thấy, trong cùng một diện tích là 615,44 cm², khi gieo đậu nành ở mật độ tăng từ 100 hạt lên 200 hạt thì tỷ lệ nảy mầm của hạt tăng từ 88% lên 90,67%, nhưng sự khác biệt này không có ý nghĩa. Tuy nhiên khi tiếp tục tăng mật độ lên tới 300 hạt và 400 hạt thì tỷ lệ nảy mầm bắt đầu giảm đi từ 20 đến 30%. Điều này có thể được giải thích bởi việc cần có đủ độ ẩm và không khí để hạt nảy mầm và phát triển. Khi mật độ gieo hạt quá lớn, các hạt sẽ có hiện tượng bị chen chúc nhau, lượng nước tưới không đủ để đạt được độ ẩm thích hợp cho quá trình nảy mầm và phát triển, dẫn đến hiện tượng không nảy mầm hay chết hạt.

Việc gieo hạt ở mật độ quá dày đặc sẽ dễ dẫn tới tình trạng khó lưu thông khí. Quá trình nảy mầm cần một lượng oxy nhất định để tạo năng lượng, trong khi đó sẽ thải ra khí CO₂ trong suốt quá trình nảy mầm. Nếu mật độ gieo hạt quá dày đặc, không khí sẽ khó lưu thông hay lưu thông chậm, dẫn tới tình trạng lượng oxy tham gia vào quá thấp hoặc nồng độ carbon dioxide quá cao trong hỗn hợp khí sẽ có thể ảnh hưởng lên khả năng nảy mầm của hạt [8]. Như vậy, mật độ gieo trồng 200 hạt/ 615,44 cm² được lựa chọn là thông số cố định cho những khảo sát tiếp theo.

3.3. Khảo sát diện tích gieo trồng ảnh hưởng đến tỉ lệ nảy mầm

Kết quả thể hiện ở Bảng 4 dưới đây sẽ cho thấy sự ảnh hưởng của diện tích gieo trồng lên tỉ lệ nảy mầm của hạt đậu nành.

Bảng 4. Kết quả khảo sát ảnh hưởng diện tích gieo trồng

đến tỷ lệ nảy mầm

Kết quả cho thấy, với mật độ gieo hạt cố định là 200 hạt, tại diện tích trồng 615,44 cm² cho tỉ lệ nảy mầm gần như tốt nhất với số liệu đạt 95,67%. Cùng với điều đó, tỉ lệ nảy mầm tại diện tích 803,84 cm² cho thấy không có sự khác biệt về mặt ý nghĩa (với số liệu là 96,5%). Trong khi đó, với diện tích 153,86 cm², số liệu không cho thấy quá nhiều sự khả quan khi có đến gần 50% số hạt không nảy mầm được. Điều này có thể được giải thích tương tự như với việc ảnh hưởng ở mật độ gieo, khi diện tích gieo trồng hạt bị hạn chế sẽ dẫn đến việc tuần hoàn và trao đổi khí trong quá trình hô hấp để nảy mầm trở nên khó khăn hơn. Do đó, diện tích trồng 615,44 cm² được lựa chọn là thông số tốt nhất để gieo trồng và được sử dụng cho các thí nghiệm kế tiếp.

3.4. Tối ưu điều kiện sấy đậu nành nảy mầm

Công đoạn sấy đóng vai trò rất quan trọng khi có thể ảnh hưởng trực tiếp tới yếu tố cảm quan cũng như chất lượng của bột sản phẩm. Đặc biệt, các hoạt chất ẩn chứa bên trong mầm đậu nành bao gồm các dạng của polyphenol như isoflavone hay các axit amin phi protein (GABA) sẽ chịu tác động mạnh mẽ bởi thời gian và nhiệt độ sấy. Do đó, nghiên cứu này tiến hành thực hiện tối ưu hóa với 2 điều kiện vừa nêu nhằm đánh giá mức độ ảnh hưởng của quá trình sấy cũng như tìm ra điều kiện sấy tối ưu nhất cho quá trình và kết quả về hàm lượng của 3 loại hợp chất isoflavone, polyphenol và GABA thu được từ các điều kiện tối ưu khác nhau được trình bày ở Bảng 5.

Bảng 5. Quy hoạch thực nghiệm RSM-CCD tối ưu hàm lượng

các hoạt chất sinh học

Sau khi phân tích, thu nhận được những phương trình hồi quy biểu diễn mối quan hệ giữa các hàm lượng của 3 hợp chất mục tiêu với các yếu tố ảnh hưởng có dạng đa thức bậc hai, bao gồm:

Y = 118,890 + 12,348X₁X₂ - 23,602² - 16,454X₂² (Isoflavone)

(LOF ≈ 0,0613)

Y = 49,874 + 5,619X₂ + 6,792X₁X₂ - 7,639X₁² - 6,082X₂² (Polyphenol) (LOF ≈ 0,0633)

Y = 54,217 + 4,843X₂ + 7,495X₁X₂ - 11,217X₁² - 10,670X₂² (GABA)

(LOF ≈ 0,054)

Nhìn chung, từ các phương trình hồi quy cho thấy  yếu tố nhiệt độ sấy và sự tương tác giữa 2 yếu tố thời gian và nhiệt độ đều thể hiện tác động dương lên các hàm mục tiêu. Có thể hiểu, với bản chất là polyphenol, nhiệt độ có tác động rất lớn tới hàm lượng của các hợp chất sinh học này bởi sự oxy hóa hay mailard sẽ xảy ra trong suốt quá trình tác động nhiệt. So sánh với hợp chất GABA có bản chất là một axit amin và nhóm amin nằm ở vị trí gamma, điều này càng thuận tiện cho phản ứng Maillard diễn ra [9]. Do đó, dưới tác động nhiệt độ quá cao, sự suy thoái về mặt hàm lượng của các loại hợp chất sinh học này là rất lớn.

Hình 1. Bề mặt đáp ứng của 3 hàm mục tiêu

a) Isoflavone, b) Polyphenol, c) GABA

Từ các số liệu thu được, phần mềm JMP 10 được sử dụng để đưa ra các điều kiện tối ưu của quá trình sấy ảnh hưởng lên sự thu nhận của 3 loại hợp chất mục tiêu là: X1 = 0,027 (12,13 giờ), X2 = 0,256 (52,39ºC). Tại các điều kiện tối ưu này, hàm lượng 3 loại hợp chất mục tiêu isoflavone, polyphenol và GABA thu nhận được lần lượt là: 117,924 ug/gck; 50,961 mg/gck và 54,781 ug/gck.

4. KẾT LUẬN

Kết quả thu nhận được từ quá trình nghiên cứu cho thấy giống đậu nành ĐT 2008 có khả năng nảy mầm tới 94,17% - tốt hơn các nguyên liệu còn lại. Các thông số tốt nhất cho quá trình ươm mầm gồm: Mật độ gieo ở 200 hạt với diện tích gieo trồng là 615,44 cm² cho tỉ lệ nảy mầm lần lượt là 90,67% và 95,67%. Với các điều kiện sấy tối ưu ở nhiệt độ 52,39°C trong 12,13 giờ thu nhận được kết quả về hàm lượng tối ưu của 3 loại hợp chất isoflavone, polyphenol và GABA lần lượt là: 117,924 ug/gck; 50,961 mg/gck và 54,781 ug/gck.

TÀI LIỆU THAM KHẢO:

1. C Recio, M., I. Andujar, and J. L Rios. (2016). Anti-inflammatory agents from plants: progress and potential.Current medicinal chemistry, 19(14) , 2088-2103.
2. Vincent, Ann, and Lorraine A. Fitzpatrick. (2000). Soy isoflavones: are they useful in menopause?Mayo Clinic Proceedings, 75(11).
3. Abdou, Adham M., et al. (2006). Relaxation and immunity enhancement effects of γ-aminobutyric acid (GABA) adminstration humans. Biofactors, 26(4), 201-208.
4. Lê Hồng Dũng, Lê Thị Hồng Hảo (2007), Bước đầu xác định hàm lượng daidzein, genistein và 17 acid amin trong đậu tương và sản phẩm chế biến, Viện Dinh dưỡng, Bộ Y tế.
5. Nhơn, Hoàng Thị Ngọc, Trần Phước Huy, Bùi Anh Thư (2019), Tinh sạch, xác định hoạt tính kháng khuẩn và kháng mốc của polyphenol từ bã cà phê,Tạp chí Khoa học Trường Đại học Cần Thơ, 79-84.
6. Kitaoka, Shozaburo, and Yoshihisa Nakano. (1969). Colorimetric determination of ω-amino acids.The Journal of Biochemistry 66(1), 87-94.
7. Re, Roberta, et al. (1999). Antioxidant activity applying an improved ABTS radical cation decolorization assay.Free radical biology and medicine, 26 (9-10), 1231-1237.
8. Price, T. V. (1988). Seed sprout production for human consumption – A review. Canadian Institute of Food Science and Technology Journal, 21(1), 57-65.
9. Trương Nhật Trung, Đống Thị Anh Đào (2016). Làm giàu hàm lượng gamma-Aminobutyric acid (GABA) trên hạt đậu xanh dưới điều kiện nảy mầm hypoxia-anaerobic và đánh giá sự hao tổn này sau quá trình luộc. Science Technology and Development, 19, 88-96.

A STUDY ON THE FACTORS AFFECTING THE GERMINATIONRATE

OF SOYBEAN AND THE OPTIMIZATION OF SPROUTED SOYBEAN SEED

DRYING CONDITIONS

NGUYEN TRI KHOI¹

 DO THI BICH QUYEN¹

 NGUYEN THI KIEU SUONG¹

Master. HOANG THI NGOC NHON¹

¹ Ho Chi Minh City University of Food Industry

ABSTRACT:

This study investigates the factors influencing soybean germination rate including soybean variety, sowing density and cultivated areas. The study also finds out ways to optimize the sprouted soybean drying conditions to obtain the highest content of isoflavones, polyphenols and GABA. In the study, the sprouted soybeans were crushed to investigate with the target function of moisture and sieve rate to obtain a powder of the same type with uniform particle size. The study’s findings show that   the soybean variety DT 2008 sown at a density of 200 seeds with an area of 615,44 cm² gave the highest germination rate. The optimal conditions during the drying process includes the drying temperature of 52⁰C and the drying time of 12,13 hours. The sprouted soybeans were ground for 2 minutes and the soybean germ meal moisture content reached 7%.

Keywords: polyphenol, isoflavone, GABA, Glycine max, sprouted soybeans.