MỞ ĐẦU Đậu xanh là loại thực phẩm có giá trị dinh dưỡng cao, cung cấp đầy đủ các dưỡng chất cần thiết cho cơ thể như protein, acid amin, vitamin và chất khoáng. Ngoài ra, các chất có hoạt tính sinh học trong đậu xanh đã chứng minh có tác dụng tích cực với sức khỏe con người. Chính vì vậy, hạt đậu xanh được mệnh danh là “thực phẩm của tương lai” [1], [2], [3], [4]. Tuy nhiên, việc sử dụng hạt đậu xanh vẫn còn nhiều hạn chế do hạt chứa nhiều chất kháng dinh dưỡng (phytate, tannin, chất ức chế amylase, chất ức chế trypsin…) ảnh hưởng đến khả năng hấp thu bình thường của cơ thể [5], [6], [7].
Nhiều giải pháp công nghệ được thực hiện như ngâm, hấp, nấu, vi sóng, lên men… nhằm gia tăng hơn nữa chất dinh dưỡng và giảm thiểu chất kháng dinh dưỡng trong hạt đậu xanh [8], [9], [10]. Trong đó, nảy mầm là một phương pháp đơn giản, chi phí thấp, nhưng hiệu quả cao để đạt được những thay đổi mong muốn về đặc tính dinh dưỡng, kháng dinh dưỡng và tính chất công nghệ. Các nghiên cứu trước đây đã chứng minh sau nảy mầm, đại đa số chất kháng dinh dưỡng như phytate và tannin được loại bỏ, đồng thời, các chất dinh dưỡng như acid amin, vitamin, khoáng chất tăng lên, cùng với việc sản sinh các chất có hoạt tính sinh học quý như phenolic, flavonoid, GABA… [11], [12]. Đặc biệt, trong nhóm này có GABA, đây là chất ức chế dẫn truyền thần kinh, giúp giảm cảm giác lo lắng, ngăn ngừa tổn thương não bộ.
Hàm lượng GABA có khả năng tăng trong quá trình nảy mầm do hạt đậu xanh có hàm lượng acid glutamic và protein cao, đây là cơ chất để GAD chuyển đổi thành GABA [13], [14]. Thực tế hiện nay, hạt đậu xanh nảy mầm chủ yếu được sản xuất thủ công, phục vụ ăn tươi. Thời điểm thu hoạch dựa vào thị hiếu người tiêu dùng [15], [16]. Các nghiên cứu để sản xuất hạt đậu xanh nảy mầm ở điều kiện nghiêm ngặt nhằm tạo ra sản phẩm có chất lượng tốt chưa được đầu tư nghiên cứu đúng mức.
Việc tìm kiếm cơ sở khoa học trong lựa chọn giống đậu phù hợp với quy trình nảy mầm, cũng như ảnh hưởng của điều kiện nảy mầm và khả năng ứng dụng trong chế biến thực phẩm chưa có nhiều thông tin để có thể áp dụng hiệu quả. Đặc biệt, sự thay đổi theo hướng có lợi của các dưỡng chất và chất kháng dinh dưỡng trong điều kiện nảy mầm khác nhau chưa được theo dõi. Đậu xanh chủ yếu được ứng dụng trên các sản phẩm dạng sợi, bánh, hoặc nhân đậu xanh. 1 Chính vì vậy, luận án “Nghiên cứu ảnh hưởng của điều kiện nảy mầm đến thành phần dinh dưỡng và kháng dinh dưỡng của hạt đậu xanh và ứng dụng bột đậu xanh nảy mầm trong chế biến thực phẩm” được thực hiện nhằm chọn được giống đậu xanh tại Việt Nam phù hợp để sản xuất hạt nảy mầm, xây dựng được quy trình công nghệ sản xuất hiệu quả với tiêu chí đạt giá trị dinh dưỡng cao và chứa chất kháng dinh dưỡng thấp.
Sau cùng, ứng dụng bột đậu xanh nảy mầm trong chế biến bánh quy không gluten. Từ đó, có thể hiểu rõ hơn về cơ sở để lựa chọn giống đậu xanh, cơ sở ảnh hưởng của điều kiện ngâm và nảy mầm đến sự thay đổi hàm lượng các chất dinh dưỡng và kháng dinh dưỡng, khả năng ứng dụng hạt đậu xanh nảy mầm trong công nghệ thực phẩm. Luận án được thực hiện sẽ mang lại những ý nghĩa khoa học và thực tiễn sau: Ý nghĩa khoa học - Cung cấp dữ liệu về thành phần dinh dưỡng, đặc điểm và khả năng nảy mầm của các giống đậu xanh phổ biến ở Việt Nam, phục vụ chọn giống đậu phù hợp cho nảy mầm. - Bổ sung các thông tin hữu hiệu về mối quan hệ giữa các điều kiện sản xuất hạt đậu xanh nảy mầm với việc thay đổi thành phần chất dinh dưỡng và kháng dinh dưỡng.
- Tăng thêm khả năng ứng dụng bột đậu xanh nảy mầm trong công nghệ thực phẩm. Ý nghĩa thực tiễn - Nâng cao giá trị của hạt đậu xanh thông qua sản phẩm hạt đậu xanh nảy mầm. - Xây dựng được quy trình chế biến hạt đậu xanh nảy mầm và có khả năng ứng dụng. - Đa dạng hóa sản phẩm chế biến từ hạt đậu xanh như sử dụng bột nảy mầm trong các sản phẩm phục vụ cho người dị ứng gluten và người cần bổ sung dinh dưỡng.
- Mở ra cơ hội ứng dụng cho bột đậu xanh nảy mầm dựa trên các đặc tính đã xác định. Mục tiêu của nghiên cứu - Tìm được cơ sở để chọn giống đậu xanh phù hợp để nảy mầm trên cơ sở phân tính thành phần dinh dưỡng và kháng dinh dưỡng, đặc điểm vật lý và khả năng nảy mầm. - Xác minh được mối quan hệ giữa thời gian nảy mầm và sự thay đổi của các thành phần dinh dưỡng trong hạt đậu xanh nảy mầm. - Đánh giá được tác động của điều kiện ngâm hạt đậu xanh, các chất hỗ trợ nảy mầm và thời gian nảy mầm đến sự thay đổi của hàm lượng GABA và hàm lượng phytate.
- Đánh giá được khả năng ứng dụng bột đậu xanh nảy mầm trong việc cải thiện dinh dưỡng, đặc điểm vật lý, cấu trúc và giá trị cảm quan của bánh quy không gluten. TỔNG QUAN TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU, MỤC TIÊU VÀ NHIỆM VỤ NGHIÊN CỨU 1. Nguồn gốc và đặc điểm thực vật của đậu xanh Đậu xanh (Vigna radiate) thuộc họ đậu (leguminosae). Từ “legume” có nguồn gốc từ chữ Latinh “legumen”, dùng để chỉ loại hạt đậu được thu hoạch trong vỏ quả.
Thuật ngữ “pulse” được dùng cho các loại hạt họ đậu chứa lượng nhỏ chất béo và “leguminous oil seed” dành cho hạt họ đậu chứa lượng lớn chất béo. Ngoài ra, FAO dùng từ “legume” cho tất cả cây họ đậu [17], [18]. Họ leguminosae đứng thứ 2 về tầm quan trọng kinh tế, có khoảng 16000 –19000 loài của khoảng 750 chi. Hầu hết cây họ đậu thuần hóa được sử dụng làm thực phẩm đều là thành viên của phân họ Papilionoideae [17].
Dưới đây là bảng phân loại thực vật của đậu xanh.1 Phân loại thực vật của đậu xanh Phân cấp Tên khoa học – tên thông thường Giới Thực vật Phân giới Tracheobionta – cây có mạch Liên ngành Spermatophyta – cây có hạt Ngành Magnoliophyta – cây có hoa Lớp Magnoliopsida – cây 2 lá mầm (dicotycoledon) Phân lớp Rosidae Bộ Fabales Họ Leguminosae – Họ đậu Phân họ Papilionoideae Chi Phaseolus và Vigna – Đậu Loài Phaseolus vulgaris L. – Đậu common Phaseolus lunatus L. – Đậu lima Phaseolus coccineus L. – Đậu scarlet runner Phaseolus acutifolius A.
Gray – Đậu tepary Loài Vigna angularis (Willd. Ohashi – Đậu adzuki Vigna radiata (L. Wilczek – Đậu xanh Vigna mungo (L.) Hepper – Đậu mungo Vigna umbellata (Thunb. Ohashi – Đậu gạo Vigna aconitifolia (Jacq.) Maréchal – Đậu tằm Nguồn: Sherasia và cs, 2017 [17] 3 Đậu xanh có nguồn gốc từ Ấn Độ, là loại hạt nhỏ, hình tròn, màu xanh, được trồng phổ biến ở châu Á.
Hiện nay, đậu xanh được trồng khắp nơi trên thế giới như Châu Mỹ, Châu Phi, Châu Úc [17], [18]. Đậu xanh sinh trưởng mạnh ở vùng khí hậu ấm áp, tuy nhiên, đậu xanh cũng có khả năng thích ứng rộng, sống được trong điều kiện khắc nghiệt như thiếu nước hoặc thiếu dinh dưỡng. Cây đậu xanh giúp cải thiện độ phì nhiêu của đất nhờ khả năng cố định nitơ của vi sinh vật cộng sinh trong nốt sần rễ đậu [18]. Đậu xanh là cây ngắn ngày, thân mọc thẳng đứng, nhiều nhánh, cao 60 – 76 cm.
Khi đậu nảy mầm, 2 lá mầm tách ra và đôi lá thật đầu tiên xuất hiện, mọc đối xứng. Sau đó, xuất hiện các lá kép có ba khía với 2 mặt lá đều có lông tơ. Rễ cọc phát triển từ rễ phôi với các rễ bên phát triển tốt. Hoa lưỡng tính, màu vàng, mọc thành chùm ở nách lá.
Quả hình trụ, mảnh, dài 8 – 13 cm, chứa khoảng 12 hạt. Quả non màu xanh, có lông, vỏ quả khô dần, chuyển màu nâu tới đen khi quả chín [17], [18]. Nhiệt độ tối ưu cho sự phát triển của cây đậu xanh là 28 – 30°C và không sinh trưởng được khi nhiệt độ thấp hơn 15°C. Ngoài ra, cây có khả năng chịu hạn và nhạy cảm với ngập úng.
Độ ẩm môi trường cao có thể làm hỏng hạt do hạt có thể nảy mầm trước thu hoạch. Đậu xanh mọc được trên nhiều loại đất, nhưng thích hợp với đất thịt thoát nước tốt hoặc đất thịt pha cát, phù hợp với pH từ 5 đến 8, cây cũng có khả năng chịu được đất nhiễm mặn nhẹ [17]. Hạt là phần có giá trị nhất của cây đậu xanh. Đặc điểm đặc trưng bên ngoài hạt gồm 3 bộ phận (Hình 1.
Micropyle là một lỗ nhỏ trên lớp vỏ hạt, nơi hấp thụ nước khi ngâm hoặc nảy mầm. Hilum, một vết trên vỏ hạt, thường có hình bầu dục, là nơi cuống gắn noãn vào thành nhụy hoa trước khi hình thành hạt. Raphe là gờ nằm phía trên hilum, đối diện micropyle, nơi trục phôi gắn lên khi hạt nảy mầm [19]. Hạt đậu được cấu tạo từ 3 thành phần chính gồm lớp vỏ hạt bao phủ ngoài 2 lá mầm và phôi (Hình 1.
Lá mầm: chiếm tỉ lệ lớn nhất (76,5 – 87,2% khối lượng hạt) [1], là cơ quan lưu trữ chính của hạt. Đây là phần quan trọng nhất được sử dụng trong chế biến thực phẩm [18]. Vỏ hạt: chiếm khoảng 12,2 – 23,5% khối lượng hạt, có vai trò bảo vệ phôi [1]. Màu sắc và đặc điểm kết cấu của vỏ hạt đặc trưng cho từng loại, là tiêu chí quan trọng trong phân loại đậu.
Vỏ hạt có lớp biểu bì chứa chất béo hoặc sáp và một hoặc nhiều lớp tế bào có thành dày, đóng vai trò như hàng rào bảo vệ phôi với môi trường bên ngoài [18], [20]. 4 Phôi: chiếm tỉ lệ thấp, khoảng 2,3% khối lượng hạt [1]. Phôi giúp duy trì nòi giống và phát triển thành cây con khi hạt nảy mầm. Chồi phôi phía trên lá mầm gọi là trụ trên lá mầm và gốc phôi bên dưới gọi là trụ dưới lá mầm, nối liền lá mầm và rễ mầm.
Trục phôi gồm rễ mầm và đỉnh chồi với các lá mầm đầu tiên [18]. (A) (B) Trụ trên lá mầm Raphe Trụ dưới lá mầm Hilum Rễ mầm Lá mầm Micropyle Vỏ hạt Hình 1.1 Cấu tạo thực vật của hạt đậu xanh (Nguồn: [18], [19]) (A: đặc điểm bên ngoài hạt, B: cấu trúc bên trong hạt) 1. Tình hình sản xuất và tiêu thụ đậu xanh Theo số liệu thống kê bởi FAO năm 2017, diện tích trồng cây họ đậu khoảng 81,8 triệu ha với tổng sản lượng 74,7 triệu tấn và năng suất trung bình 913 kg/ha [21].
