Luận án tiến sĩ: Trích ly GABA và hợp chất tự nhiên từ hạt đậu xanh nảy mầm

Phân tích toàn diện trích ly GABA và hợp chất tự nhiên từ hạt đậu ..., đề xuất mô hình mới, nâng cao hiệu quả ứng dụng trong hóa học

• Tác giả: Vj Thuÿ Anh
• Người hướng dẫn: PGS TS Phan T¿i Huân
• Trường học: Trường Đại học Nông Lâm TP. Hồ Chí Minh
• Chuyên ngành: Công nghệ thực phẩm
• Đề tài: Nghiên cứu trích ly GABA và hợp chất tự nhiên từ hạt đậu xanh nảy mầm
• Loại tài liệu: luận án
• Năm xuất bản: 2024
• Địa điểm: Hồ Chí Minh

Tóm tắt

I. Trích ly GABA từ hạt đậu xanh nảy mầm

Quá trình trích ly GABA từ hạt đậu xanh nảy mầm được thực hiện nhằm gia tăng hàm lượng các hợp chất có hoạt tính sinh học. Nghiên cứu chỉ ra rằng việc nảy mầm hạt đậu xanh không chỉ làm tăng hàm lượng GABA mà còn cả polyphenol. Các thông số như nhiệt độ, thời gian ngâm và ủ, độ ẩm không khí, và điều kiện chiếu sáng LED cần được kiểm soát chặt chẽ. Kết quả cho thấy, khi ngâm hạt ở 30°C trong 8 giờ và ủ ở 35°C với độ ẩm 90%, hàm lượng GABA có thể tăng lên đến 12 lần so với hạt đậu xanh nguyên liệu. Điều này chứng tỏ rằng hạt đậu xanh nảy mầm là nguồn nguyên liệu tiềm năng cho việc sản xuất thực phẩm chức năng giàu GABA.

1.1. Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình nảy mầm

Nghiên cứu đã chỉ ra rằng các yếu tố như ánh sáng, nhiệt độ và độ ẩm có tác động lớn đến quá trình nảy mầm của hạt đậu xanh. Việc điều chỉnh các yếu tố này không chỉ giúp tăng cường hàm lượng GABA mà còn cải thiện chất lượng dinh dưỡng của hạt. Cụ thể, ánh sáng LED đã được chứng minh là có hiệu quả trong việc thúc đẩy quá trình tổng hợp GABA và polyphenol. Các thí nghiệm cho thấy, khi sử dụng ánh sáng LED trong quá trình nảy mầm, hàm lượng GABA và polyphenol tăng đáng kể, cho thấy tầm quan trọng của điều kiện chiếu sáng trong quá trình này.

II. Hợp chất tự nhiên trong hạt đậu xanh

Hạt đậu xanh chứa nhiều hợp chất tự nhiên có lợi cho sức khỏe, bao gồm GABA và polyphenol. Những hợp chất này có tác dụng chống oxy hóa và hỗ trợ sức khỏe tim mạch. Nghiên cứu cho thấy rằng việc nảy mầm không chỉ làm tăng hàm lượng GABA mà còn làm phong phú thêm các hợp chất sinh học khác. Việc trích ly các hợp chất này từ hạt đậu xanh nảy mầm có thể được thực hiện bằng nhiều phương pháp khác nhau, trong đó có phương pháp sử dụng enzyme. Phương pháp này không chỉ hiệu quả mà còn thân thiện với môi trường, giúp bảo tồn các hợp chất có lợi trong quá trình sản xuất.

2.1. Tác dụng của GABA và polyphenol

Các nghiên cứu đã chỉ ra rằng GABA có tác dụng làm giảm căng thẳng và lo âu, đồng thời cải thiện giấc ngủ. Polyphenol cũng được biết đến với khả năng chống oxy hóa mạnh mẽ, giúp bảo vệ tế bào khỏi tổn thương. Việc tăng cường hàm lượng các hợp chất này trong thực phẩm chức năng từ hạt đậu xanh nảy mầm có thể mang lại nhiều lợi ích cho sức khỏe người tiêu dùng. Sự kết hợp giữa GABA và polyphenol trong chế độ ăn uống có thể tạo ra hiệu ứng tích cực, hỗ trợ sức khỏe tổng thể và phòng ngừa nhiều bệnh lý.

III. Công nghệ trích ly và vi bao

Công nghệ trích ly và vi bao các hợp chất tự nhiên từ hạt đậu xanh nảy mầm đang được nghiên cứu và phát triển mạnh mẽ. Việc sử dụng enzyme trong quá trình trích ly không chỉ giúp tăng hiệu suất mà còn bảo toàn các hợp chất có hoạt tính sinh học. Sau khi trích ly, dịch trích được phối hợp với các vật liệu bao như gum Arabic và whey protein để tạo ra sản phẩm vi bao. Công nghệ vi bao giúp bảo vệ các hợp chất nhạy cảm, đồng thời kiểm soát quá trình giải phóng chúng trong cơ thể. Kết quả nghiên cứu cho thấy hiệu suất vi bao đạt được lên đến 97,83% cho GABA và 76,06% cho polyphenol, cho thấy tiềm năng ứng dụng cao của công nghệ này trong sản xuất thực phẩm chức năng.

3.1. Tối ưu hóa điều kiện vi bao

Nghiên cứu đã xác định các điều kiện tối ưu cho quá trình vi bao, bao gồm tỉ lệ giữa dịch trích và vật liệu bao, nồng độ vật liệu bao, và phương pháp vi bao. Việc tối ưu hóa các điều kiện này không chỉ giúp tăng cường hiệu suất vi bao mà còn cải thiện tính ổn định của sản phẩm. Mô hình hồi quy bậc hai đã được xây dựng để dự đoán hiệu quả vi bao, cho thấy sự phù hợp cao với thực tế. Điều này mở ra hướng đi mới cho việc phát triển các sản phẩm thực phẩm chức năng từ hạt đậu xanh nảy mầm.

Trích đoạn nội dung tài liệu

Bà GIÁO DĀC VÀ ĐÀO T¾O TR¯àNG Đ¾I HâC NÔNG LÂM TP. Hà CHÍ MINH Vi THUþ ANH TRÍCH LY VÀ VI BAO GABA VÀ CÁC HþP CHÂT TĂ NHIÊN TĀ H¾T Đ¾U XANH NÀY MÄM Chuyên ngành: Công nghệ thực phẩm Mã số: 9.01 Giáo viên h°ớng dẫn: PGS TS Phan T¿i Huân LU¾N ÁN TI¾N S) NGÀNH CÔNG NGHÞ THĂC PHÆM TP. HCM, nm 2024 LàI CAM ĐOAN Tôi xin cam oan mọi kết quÁ của luận án: <Trích ly và vi bao GABA và các hợp chÃt tự nhiên từ h¿t ậu xanh nÁy mầm" là công trình nghiên cứu của cá nhân tôi. Các số liệu, kết quÁ nêu trong luận án là trung thực, không sao chép từ bÃt kỳ một nguồn nào và ch°a từng °ợc ai công bố trong bÃt kỳ công trình nào khác cho tới thßi iểm này, ngo¿i trừ các bài báo của tôi ã ng trên các t¿p chí trong và ngoài n°ớc.

Hồ Chí Minh, ngày 02 tháng 05 nm 2024 Tác giÁ luận án Vj Thuÿ Anh i LàI CÀM ¡N Lßi ầu tiên, chân thành cÁm ¡n ến quý thầy cô Khoa Công Nghệ Hóa học và Thực phẩm, Tr°ßng Đ¿i học Nông Lâm TP. Hồ Chí Minh ã tận tình giúp ỡ, hỗ trợ và t¿o mọi iều iện ể tôi hoàn thành Luận án tốt nghiệp. Chân thành cÁm ¡n Phòng Sau ¿i học, Tr°ßng Đ¿i học Nông Lâm TP. Hồ Chí Minh ã hỗ trợ và t¿o iều kiện ể tôi hoàn thành Luận án này.

Em xin gửi lßi cÁm ¡n ến PGS.TS Phan T¿i Huân, cÁm ¡n thầy ã luôn ộng viên, hỗ trợ, chỉ dẫn trong suốt quá trình thực hiện nghiên cứu. Cuối cùng, xin bày tỏ lòng biết ¡n ối với gia ình, ng°ßi thân và b¿n bè và các em sinh viên ã hỗ trợ hoàn thành luận án này. Chân thành cÁm ¡n! ii TÓM TÀT Tên lu¿n án: "Trích ly và vi bao GABA và các hÿp chÃt tă nhiên tā h¿t đ¿u xanh nÁy mÅm" Tác giÁ: NCS Vj Thuÿ Anh Chuyên ngành: Công nghß thăc phÇm.01 Nghiên cứu °ợc thực hiện nhằm gia tng hàm l°ợng một số hợp chÃt tự nhiên có ho¿t tính sinh học tự nhiên trong h¿t ậu xanh thông qua kích thích quá trình nÁy mầm, tiếp ó trích ly và vi bao các hợp chÃt có giá trị nh° gamma-aminobutyric acid (GABA) và polyphenol thu °ợc. Mục tiêu cụ thể bao gồm: i) Xác ịnh các thông số của quá trình nÁy mầm nhằm thu °ợc mầm h¿t ậu xanh giàu các hợp chÃt có ho¿t tính sinh học tự nhiên; ii) Xác ịnh iều kiện trích ly tối °u nhằm thu °ợc dịch trích có hàm l°ợng GABA và polyphenol cao; iii) Xác ịnh các công thức vi bao tối °u sao cho bột vi bao có hiệu quÁ vi bao các hợp chÃt tự nhiên tốt nhÃt bằng ph°¡ng pháp sÃy thng hoa; iv) Xác ịnh °ợc mô hình và c¡ chế giÁi phóng các hợp chÃt GABA và polyphenol từ bột vi bao á các môi tr°ßng khác nhau và ồng thßi xác ịnh °ợc thông số ộng học thÃt thoát hợp chÃt GABA và polyphenol trong quá trình bÁo quÁn.

Kết quÁ nghiên cứu cho thÃy quá trình ngâm và ủ ể h¿t nÁy mầm cần kiểm soát tốt các thông số về nhiệt ộ, thßi gian ngâm và ủ h¿t, ộ ẩm không khí trong quá trình ủ h¿t và iều kiện chiếu sáng èn LED thì hàm l°ợng GABA và polyphenol sẽ tng áng kể sau quá trình nÁy mầm. Trong quá trình nÁy mầm h¿t ậu xanh ngâm 30oC/8h và ủ 35oC với ộ ẩm không khí 90% và iều kiện chiếu sáng có èn LED có hiệu quÁ thúc ẩy nhanh quá trình nÁy mầm và tổng hợp GABA và polyphenol sau 12 giß ủ. Hàm l°ợng GABA tng 12 lần và polyphenol tng 2 lần so với h¿t ậu xanh nguyên liệu. Mầm h¿t ậu xanh sau khi xay phối với n°ớc theo tỉ lệ 1:20 (w/w), nồng ộ enzyme alcalase 2,2 % (w/w) so với nguyên liệu, trích ly á 53oC/62 phút thì hàm l°ợng GABA iii ¿t 57,01 mg/g vck và hàm l°ợng polyphenol ¿t 6,52 mg GAE/g, vck, hàm l°ợng ¿t tốt nhÃt trong số các ph°¡ng pháp trích ly thử nghiệm.

Quá trình trích ly dịch mầm h¿t ậu xanh có hỗ trợ của enzyme alcalase là ph°¡ng pháp công nghệ xanh, thân thiện với môi tr°ßng và sức khỏe của ng°ßi sÁn xuÃt và ng°ßi tiêu dùng. Sau quá trình trích ly, dịch trích từ mầm h¿t ậu xanh °ợc 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 ộ vỏ bao 20% ã °ợc tối °u thành công bằng ph°¡ng pháp bề mặt áp ứng. Mô hình a thức bậc hai °ợc xây dựng ã °ợc kiểm chứng phù hợp ể mô tÁ và dự oán các hiệu quÁ vi bao và hiệu suÃt vi bao GABA và TPC với hệ số R2 cao. à công thức vi bao tối °u, hiệu quÁ vi bao GABA và TPC lần l°ợt ¿t °ợc là 97,83% và 76,06%; hiệu suÃt vi bao tính theo GABA và TPC lần l°ợt là 86,14% và 82,60%.

Kết quÁ nghiên cứu ộng học thÃt thoát các hợp chÃt có ho¿t tính sinh học tự nhiên á các nhiệt ộ khác nhau (30, 40 và 50oC) và ộ ẩm t°¡ng ối ã xác ịnh °ợc ẩm cân bằng của bột vi bao tính theo mô hình BET là 4,70% (R2 = 0,94). Ngoài ra, kết quÁ nghiên cứu ộng học tốc ộ giÁi phóng của h¿t vi bao á các iều kiện khác nhau (nhiệt ộ, pH, môi tr°ßng và thßi gian) ã xác ịnh °ợc mô hình Korsemyer-Peppas và mô hình Higuchi cho kết quÁ phù hợp nhÃt có thể °ợc sử dụng ể dự oán tốc ộ giÁi phóng GABA và polyphenol do có hệ số R2 cao. Từ khoá: Đậu xanh; GABA; nÁy mầm; polyphenol; stress; trích ly; vi bao. iv ABSTRACT PhD's title: "Extraction and encapsulation of GABA and natural compounds from germinated mung beans" Author: NCS Vj Thuÿ Anh Major: Food Technology.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.

v 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. 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. 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. vi DANH MĀC CÁC XUÂT BÀN TĀ LU¾N ÁN 1. Bài báo khoa hãc Anh Thuy Vu, Tuyen Chan Kha, Huan Tai Phan (2024).

Encapsulation of bioactive compounds from germinated mung bean by freeze drying and release kinetics. The Special Issue Application of Bioactive Compounds and Their Micro/Nano Encapsulation in Food. 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. Kha, and Huan T. The changes in Gamma- aminobutyric acid and polyphenols in mung beans (Vigna radiata L. IOP Conference Series: Earth and Environmental Science, 1155(1), 012024.

Ành h°áng của iều kiện ngâm và ủ ến hàm l°ợng gamma - aminobutyric acid và polyphenol trong h¿t ậu xanh nẩy mầm. Tạp Chí Nông nghiệp Và Phát triển, 18(2), 112-118. Ch°¢ng sách Anh Thuy Vu & Tuyen Chan Kha (2023). In: Felipe López- Saucedo, Synthesis of Nanomaterials, Frontiers in Nanomedicine 3, 222-258.

Bentham Science Publishers. Báo cáo hái thÁo qußc t¿ 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 4th International Conference on Sustainable Agriculture and Environment, November 18, 2022.

Nong Lam University. Anh Thuy Vu, Tuyen Chan Kha (2020). Effects of soaking and germination conditions on the content of GABA (´-aminobutyric acid) and polyphenol in mung bean sprout. The International Symposium on Low-Temperature Processing of Foods.

Chuzhou University, China. vii MĀC LĀC LàI CAM ĐOAN. v DANH MĀC CÁC XUÂT BÀN TĀ LU¾N ÁN. viii DANH MĀC CÁC KÝ HIÞU, CHĀ VI¾T TÀT.

4 Nội dung nghiên cứu. 4 Ý nghĩa của luận án. 5 Điểm mới của luận án. 6 Bố cục của luận án .1 Tổng quan về ậu xanh .1 Thành phần hoá học của ậu xanh .2 Lợi ích sức khỏe của h¿t ậu xanh .2 Quá trình nÁy mầm h¿t ậu xanh .1 Quá trình nÁy mầm .2 Các yếu tố Ánh h°áng quá trình nÁy mầm .3 Các biến ổi của h¿t ậu xanh trong quá trình nÁy mầm .3 Trích ly các hợp chÃt có ho¿t tính sinh học với sự hỗ trợ của enzyme .1 So sánh các ph°¡ng pháp trích ly .