Nghiên cứu sản xuất sạch đậu nành nảy mầm và chế biến sản phẩm từ đậu nành nẩy mầm

66 Hình 3.8: Ảnh hưởng của nhiệt độ đến hàm lượng chất dinh dưỡng và tính chất của cây mầm trong quá trình nảy mầm.... Một nửa hàm lượng triacylglycerol trong quá trình nảy mầm đóng vai

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP Hồ CHÍ MINH

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

CÔNG TRÌNH ĐƯỢC HOÀN THÀNH TẠI TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HỒ CHÍ MINH

LUẬN VĂN THẠC SĨ ĐƯỢC BẢO VỆ TẠI

HỘI ĐỒNG CHẤM BẢO VỆ LUẬN VĂN THẠC SĨ

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

Ngày 01 tháng 02 năm 2010

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHIÃ VIỆT NAM KHOA: KỸ THUẬT HÓA HỌC Độc Lập - Tự Do - Hạnh Phúc

Tp HCM, ngày 26 tháng 12 năm 2009

NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ

Họ và tên học viên: HOÀNG NGỌC CẨM TÚ Phái: Nữ

Ngày, tháng, năm sinh: 13 - 06 - 1983 Nơi sinh: Thừa Thiên Huế

Chuyên ngành: Công Nghệ Thực Phẩm và Đồ Uống

3- NGÀY GIAO NHIỆM VỤ : 02/02/2009

4- NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ : 31/12/2009

5- HỌ VÀ TÊN CÁN BỘ HƯỚNG DẪN: PGS.TS ĐỐNG THỊ ANH ĐÀO

Nội dung và đề cương Luận văn thạc sĩ đã được Hội Đồng Chuyên Ngành thông qua

(Họ tên và chữ ký) QUẢN LÝ CHUYÊN NGÀNH (Họ tên và chữ ký)

(Họ tên và chữ ký)

PGS TS Đống Thị Anh Đào PGS TS Lê Văn Việt Mẫn

LỜI CẢM ƠN

Có được thành quả như ngày hôm nay, với lòng biết ơn sâu sắc tôi xin chân

thành g ửi lời cảm ơn sâu sắc đến:

 Cán bộ hướng dẫn: PGS.TS Đống Thị Anh Đào đã tận tình hướng dẫn,

truy ền đạt kiến thức và kinh nghiệm sống quý báu cho tôi trong suốt thời gian học,

c ũng như trong quá trình thực hiện luận văn

 Ban giám hiệu trường Đại Học Bách Khoa TpHCM, qu ý Thầy Cô bộ môn

Công Ngh ệ Thực Phẩm: đã giảng dạy, hướng dẫn để tôi có được nền kiến thức như

ngày hôm nay

 Quý Thầy Cô phụ trách phòng thí nghiệm bộ môn Công Nghệ Thực Phẩm

Đặc biệt là Cô Nguyễn Thị Nguyên đã tạo mọi điều kiện thuận lợi nhất cho tôi

trong su ốt quá trình thực hiện luận văn

 Các bạn học viên cao học niên khóa 2007 ngành Công Nghệ Thực Phẩm đã

giúp đỡ, đóng góp ý kiến cho tôi trong thời gian thực hiện luận văn

 Cuối cùng, tôi xin gởi lời cảm ơn đến cha mẹ và anh chị em trong gia đình

đã ủng hộ động viên tôi trong suốt quá trình học tập và thực hiện luận văn

M ột lần nữa tôi xin chân thành cảm ơn!

TpHCM, Tháng 12 Năm 2009

Hoàng Ngọc Cẩm Tú

TÓM TẮT

Đậu nành được biết đến như là một loại thực phẩm có giá trị về mặt sức khỏe

ở nhiều nước Châu Á và hầu hết được sử dụng dưới dạng: sữa đậu nành, đậu phụ,

và các sản phẩm lên men khác như sữa chua đậu nành, tương, nước tương, chao…Ở Nhật và Hàn Quốc đã sử dụng đậu nành nảy mầm (được gọi là kongnamul) như là một loại thực phẩm sạch và an toàn, có giá trị dinh dưỡng cao Trong nghiên cứu này, chúng tôi tiến hành xây dựng quy trình sản xuất một dạng thực phẩm sạch khác

từ đậu nành là rau mầm đậu nành Sản phẩm rau mầm này được đánh giá có giá trị dinh dưỡng cao với các hàm lượng vitamin C, E, riboflavin và muối khoáng Ca, Fe Chúng tôi tiến hành khảo sát trồng đậu nành trên giá thể xơ dừa với các điều kiện khảo sát là nhiệt độ ngâm hạt 30oC trong 4 giờ; nhiệt độ ủ hạt 30oC trong 18 giờ, nhiệt độ gieo trồng hạt tối ưu 25oC, thời gian thu hoạch 4 ngày Sản phẩm rau mầm thu được có các thông số là chiều cao cây mầm 6 ÷ 8 cm, đường kính lá mầm 1,3 ÷ 1,5 cm, đường kính thân mầm 0,17 ÷ 0,21 cm, hàm lượng protein 38% và đạm acid amin 80,5mg/10g so với tổng hàm lượng chất khô, khối lượng rau thu được là 69,2g/25g hạt đậu Kết quả nghiên cứu cũng cho thấy kích thước nguyên liệu hạt không ảnh hưởng tới tỉ lệ nảy mầm, nhưng ảnh hưởng tới tính chất của sản phẩm: chiều cao cây mầm, đường kính lá mầm, đường kính thân mầm và trọng lượng cây mầm

ABSTRACT

Soybeans are popularly known as a healthy food in many Asian countries and are mostly consumed as soymilk, tofu and fermented products such as soy yoghurt, soybean paste (miso), soya sauce, soy cheese…Soybean sprouts (called kongnamul) are good vegetable in Japan and Korea as a clean and safe food, high nutrient value In this study, we build the processing of producing another clean food from soybean is the green sprouted soybean This green sprouted soybean was evaluated high nutrient value with vitamine C, E, riboflavin and mineral Ca, Fe We carry out study germinating soybean on coir medium with many conditions are temperature soaking 30oC in 4 hours; temperature incubation 30oC in 18 hours; the optimal germination temperature 25oC, the harvest time 4 days The green sprout soybean product with agronomic characteristics are stem length sprout 6 ÷ 8 cm, stem diameter 0,17 ÷ 0,21 cm, cotyledon diameter (head diameter) 1,3 ÷ 1,5 cm, protein content 38% and acid amin nitrogen content 80,5mg/10g dry weight, sprout weight 69,2g/25g soybean The result of this study also show that soybean seed size do not affect on germination percentage, but it affects on sprout agronomic characteristics: stem length, cotyledon diameter, stem diameter and sprout weight

MỤC LỤC

MỤC LỤC i

DANH MỤC BẢNG v

DANH MỤC HÌNH vii

MỞ ĐẦU ix

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 1

1.1 RAU SẠCH 1

1.1.1 Các mô hình trồng rau sạch 1

1.1.2 Tình hình trồng rau sạch hiện nay 2

1.2 ĐẬU NÀNH 3

1.2.1 Phân loại thực vật 3

1.2.2 Đặc điểm 3

1.2.3 Phân bố sinh thái 5

1.2.4 Thành phần hóa học và giá trị dinh dưỡng của hạt đậu nành 8

1.2.4.1 Protein 8

1.2.4.2 Carbohydrate 9

1.2.4.3 Lipid 9

1.2.4.4 Vitamin và khoáng chất 10

1.2.4.5 Isoflavone 10

1.2.5 Các chất phản dinh dưỡng trong đậu nành 11

1.2.5.1 α-Galactoside Carbohydrates 11

1.2.5.2 Acid phytic 11

1.2.5.3 Các chất phản dinh dưỡng khác 12

1.2.6 Các sản phẩm làm từ đậu nành 13

1.3 QUÁ TRÌNH NẢY MẦM 14

1.3.1 Định nghĩa 14

1.3.2 Những biến đổi chung trong quá trình nảy mầm 15

1.3.3 Các yếu tố ảnh hưởng tới quá trình nảy mầm 16

1.3.3.1 Nước 16

1.3.3.2 Không khí 17

1.3.3.3 Nhiệt độ 17

1.3.3.4 Ánh sáng 18

1.3.3.5 Kích thước hạt 18

1.3.4 Các giai đoạn xảy ra trong quá trình nảy mầm 18

1.3.4.1 Quá trình ngâm hạt 21

1.3.4.2 Quá trình ươm mầm hạt (ủ hạt) 26

1.3.5 Những biến đổi của chất dinh dưỡng trong hạt đậu nành nảy mầm 28

1.3.6 Những biến đổi của các chất phản dinh dưỡng 30

1.3.6.1 α-Galactoside Carbohydrate 30

1.3.6.2 Acid phytic 30

1.3.6.3 Các chất phản dinh dưỡng khác 30

1.4 GIÁ THỂ XƠ DỪA 31

1.4.1 Một số ứng dụng của xơ dừa 31

1.4.2 Tính chất của xơ dừa 32

CHƯƠNG 2: NGUYÊN LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 36

2.1 NGUYÊN LIỆU VÀ TRANG THIẾT BỊ NGHIÊN CỨU 36

2.1.1 Thời gian và địa điểm nghiên cứu 36

2.1.2 Nguyên vật liệu 36

2.1.2.1 Đậu nành 36

2.1.2.2 Giá thể xơ dừa 36

2.1.2.3 Nước 37

2.1.3 Thiết bị nghiên cứu 37

2.1.3.1 Dụng cụ trồng 37

2.1.3.2 Các thiết bị khác 38

2.2 NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 38

2.2.1 Nghiên cứu sản xuất đậu nành nảy mầm 38

2.2.1.1 Sơ đồ quy trình công nghệ 38

2.2.1.2 Thuyết minh quy trình 40

2.2.1.3 Sơ đồ thí nghiệm 41

2.2.1.4 Khảo sát yếu tố ảnh hưởng đến quá trình nảy mầm đậu nành 42

2.2.1.5 Khảo sát ảnh hưởng của nhiệt độ và thời gian đến thành phần dinh dưỡng của cây mầm 46

2.2.1.6 Nghiên cứu ảnh hưởng đồng thời của các yếu tố 47

2.2.2 Nghiên cứu sản xuất muối chua rau mầm đậu nành 50

2.2.2.1 Quy trình công nghệ sản xuất 50

2.2.2.2 Thuyết minh quy trình 50

2.2.2.3 Nghiên cứu tỉ lệ muối và đường trong dung dịch muối dưa 51

2.3 CÁC PHƯƠNG PHÁP PHÂN TÍCH 51

2.3.1 Xử lý kết quả thống kê 51

2.3.2 Xác định độ ẩm 51

2.3.3 Phương pháp xác định hàm lượng protein 52

2.3.4 Phương pháp xác định hàm lượng đạm acid amin 52

2.3.5 Xác định độ tro 52

2.3.6 Phương pháp đánh giá cảm quan sản phẩm rau mầm đậu nành 52

CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ BÀN LUẬN 53

3.1 KẾT QUẢ KIỂM TRA PHÂN TÍCH THÀNH PHẦN NGUYÊN LIỆU 53

3.2 KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU SẢN XUẤT RAU MẦM ĐẬU NÀNH 53

3.2.1 Thí nghiệm 1: Khảo sát ảnh hưởng của kích thước hạt đến tỉ lệ nảy mầm, tính chất của rau mầm 53

3.2.2 Thí nghiệm 2: Khảo sát ảnh hưởng của nhiệt độ và thời gian ngâm hạt đến tỉ lệ nảy mầm 57

3.2.3 Thí nghiệm 3: Khảo sát ảnh hưởng của nhiệt độ và thời gian ủ đến tỉ lệ nảy mầm 61

3.2.4 Khảo sát chế độ trồng rau mầm 64

3.2.4.1 Thí nghiệm 4: Ảnh hưởng của thời gian nảy mầm đến thành phần dinh dưỡng và chiều dài cây mầm 64

3.2.4.2 Thí nghiệm 5: Ảnh hưởng của nhiệt độ đến khối lượng rau mầm, thành

phần dinh dưỡng và chiều cao cây mầm 66

3.2.4.3 Thí nghiệm 6: Tối ưu hóa quá trình sinh trưởng của cây mầm 69

3.2.5 Kết quả đánh giá cảm quan sản phẩm rau mầm đậu nành 77

3.3 KẾT QUẢ ĐÁNH GIÁ CẢM QUAN SẢN PHẨM MUỐI CHUA RAU MẦM ĐẬU NÀNH 79

CHƯƠNG 4: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 85

4.1 KẾT LUẬN 85

4.2 KIẾN NGHỊ 85

TÀI LIỆU THAM KHẢO PHỤ LỤC

DANH MỤC BẢNG

CHƯƠNG I: TỔNG QUAN

Bảng 1.1: Diện tích và sản lượng đậu nành ở Việt Nam từ 2005-2006 6

Bảng 1.2: Thành phần hóa học của hạt đậu nành 8

Bảng 1.3: Thành phần dinh dưỡng của một số loại ngũ cốc 9

Bảng 1.4: Các chất phản dinh dưỡng trong đậu nành 13

Bảng 1.5: Hàm lượng nước của cấu trúc hạt maize và đậu nành trong quá trình nảy mầm 22

Bảng 1.6: Động học quá trình hút nước của hạt malt ở các nhiệt độ khác nhau 23

Bảng 1.7: Thành phần hóa học của một số sợi xơ tự nhiên 32

Bảng 1.8: Tính chất cơ học của một số loại xơ 34

CHƯƠNG II: NGUYÊN LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU Bảng 2.1: Các nghiệm thức thí nghiệm khảo sát chế độ ngâm hạt 44

Bảng 2.2: Các nghiệm thức thí nghiệm khảo sát nhiệt độ và thời gian ủ hạt 45

Bảng 2.3: Bảng các thông số khảo sát thời gian nảy mầm 47

Bảng 2.4: Bảng các thông số khảo sát nhiệt độ nảy mầm 47

Bảng 2.5: Các mức của các yếu tố 48

Bảng 2.6: Bố trí bảng ma trận quy hoạch trực giao cấp hai, hai yếu tố đối với hàm lượng protein, đạm acid amin, khối lượng rau mầm thu được 49

Bảng 2.7: Bố trí thí nghiệm ở tâm phương án 50

CHƯƠNG III: KẾT QUẢ VÀ BÀN LUẬN Bảng 3.1: Thành phần nguyên liệu 53

Bảng 3.2: Ảnh hưởng của kích thước hạt đến tỉ lệ nảy mầm 54

Bảng 3.3: Ảnh hưởng của kích thước hạt đến tính chất cây mầm 55

Bảng 3.4: Hàm ẩm của hạt đậu nành thay đổi theo nhiệt độ và thời gian ngâm 57

Bảng 3.5: Tỉ lệ nảy mầm hạt tương ứng với nhiệt độ và thời gian ngâm 59

Bảng 3.6: Ảnh hưởng của nhiệt độ và thời gian ủ hạt đến tỉ lệ nảy mầm 62

Bảng 3.7: Mức độ tăng tối đa tỉ lệ nảy mầm trong 2h theo nhiệt độ 63

Bảng 3.8: Ảnh hưởng của thời gian trồng đến thành phần dinh dưỡng và chiều cao

cây mầm 65

Bảng 3.9: Ảnh hưởng của nhiệt độ đến hàm lượng chất dinh dưỡng, khối lượng rau mầm và chiều cao cây mầm 67

Bảng 3.10: Các mức yếu tố được thực hiện tối ưu 69

Bảng 3.11: Các thí nghiệm tiến hành tối ưu 70

Bảng 3.12: Ma trận quy hoạch trực giao cấp hai, hai yếu tố 71

Bảng 3.13: Các hệ số của phương trình hồi quy 71

Bảng 3.14: Các giá trị phân vị Student, t j 72

Bảng 3.15: Phương trình hồi quy của hàm lượng protein tổng, đạm acid amin, và khối lượng rau mầm 73

Bảng 3.16: Bảng Anova ảnh hưởng của nhiệt độ và thời gian trồng đến hàm lượng protein, đạm acid amin, và khối lượng rau mầm 74

Bảng 3.17: Kết quả thống kê của 6 mẫu đánh giá cảm quan 78

Bảng 3.18: Kết quả tính toán giá trị t của từng cặp mẫu đánh giá 78

Bảng 3.19: Kết quả thống kê của 3 mẫu muối chua rau mầm đậu nành trên toàn bộ sản phẩm 80

Bảng 3.20: Kết quả thống kê của 3 mẫu muối chua rau mầm đậu nành trên tính chất màu sắc 80

Bảng 3.21: Kết quả thống kê của 3 mẫu muối chua rau mầm đậu nành trên tính chất mùi vị 80

Bảng 3.22: Tiêu chuẩn cơ sở đối với rau mầm đậu nành 85

DANH MỤC HÌNH

CHƯƠNG I: TỔNG QUAN

Hình 1.1: Mô hình trồng rau sạch trong nhà lồng 1

Hình 1.2: Mô hình sản xuất rau sạch cộng đồng 2

Hình 1.3: Hình hoa và lá cây đậu nành 4

Hình 1.4: Các loại đậu nành 5

Hình 1.5: Cơ cấu diện tích trồng đậu nành theo từng vùng ở Việt Nam 7

Hình 1.6: Cơ cấu sản lượng đậu nành theo từng vùng ở Việt Nam 7

Hình 1.7: Các sản phẩm từ đậu nành 14

Hình 1.8: Hai kiểu nảy mầm hạt 15

Hình 1.9: Ba giai đoạn nảy mầm hạt 19

Hình 1.10: Các quá trình xảy ra trong mỗi giai đoạn hấp thu nước 19

Hình 1.11: Cơ chế chuyển hóa bên trong hạt lúa mạch khi nảy mầm 25

Hình 1.12: Các chuyển hóa bên trong của hạt đậu nành nảy mầm 28

Hình 1.13: Cây dừa và xơ dừa 32

Hình 1.14: Mặt cắt ngang cấu trúc của 4 loại xơ 33

CHƯƠNG II: NGUYÊN LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU Hình 2.1: Nguyên liệu đậu nành sử dụng trong nghiên cứu 36

Hình 2.2: Giá thể xơ dừa 37

Hình 2.3: Dụng cụ và thiết bị trồng 37

Hình 2.4: Sơ đồ quy trình công nghệ sản xuất đậu nành nảy mầm 39

Hình 2.5: Sơ đồ nghiên cứu 42

CHƯƠNG III: KẾT QUẢ VÀ BÀN LUẬN Hình 3.1: Ảnh hưởng của kích thước hạt đến tỉ lệ nảy mầm 54

Hình 3.2: Ảnh hưởng của kích thước hạt đến tính chất cây mầm 56

Hình 3.3: Đồ thị biễu diễn hàm ẩm của hạt theo nhiệt độ và thời gian ngâm hạt 58

Hình 3.4: Biểu đồ biễu diễn ảnh hưởng của nhiệt độ và thời gian ngâm đến tỉ lệ nảy mầm 60

Hình 3.5: Đồ thị biễu diễn tỉ lệ nảy mầm theo thời gian và nhiệt độ ủ 62

Hình 3.6: Ảnh hưởng của nhiệt độ và thời gian ủ đến tỉ lệ nảy mầm 63

Hình 3.7: Đồ thị biễu diễn sự thay đổi thành phần hóa học của cây mầm và chiều cao cây mầm theo thời gian 66

Hình 3.8: Ảnh hưởng của nhiệt độ đến hàm lượng chất dinh dưỡng và tính chất của cây mầm trong quá trình nảy mầm 68

Hình 3.9: Ảnh hưởng của hai yếu tố nhiệt độ và thời gian đến hàm lượng protein 74 Hình 3.10: Ảnh hưởng của hai yếu tố nhiệt độ và thời gian đến hàm lượng đạm acid amin 75

Hình 3.11: Ảnh hưởng của hai yếu tố nhiệt độ và thời gian đến khối lượng rau 76

Hình 3.12: Biểu đồ so sánh điểm trung bình thị hiếu của 6 mẫu đánh giá 79

Hình 3.13: Biểu đồ so sánh điểm trung bình thị hiếu của 3 mẫu muối chua rau mầm đậu nành 81

Hình 3.14: Các giai đoạn sinh trưởng của mầm đậu nành 83

Hình 3.15: Rau mầm đậu nành 84

Hình 3.16: Quy trình sản xuất đậu nành nảy mầm 84

MỞ ĐẦU

ĐẶT VẤN ĐỀ

Rau quả là nguồn thực phẩm quen thuộc và không thể thiếu trong các bữa ăn của người Việt nam Nó cung cấp các vitamin, chất khoáng và chất xơ có lợi cho sức khỏe của con người Với quá trình công nghiệp hóa và hiện đại hóa, chất lượng rau càng giảm do nguồn nước, đất đai, không khí bị ô nhiễm, tồn dư của thuốc bảo vệ thực vật; đồng thời nhu cầu của con người đối với các loại thực phẩm đảm bảo sức khỏe ngày càng tăng cao Vì thế, người dân đã tiến hành trồng rau sạch để đáp ứng nhu cầu an toàn của thực phẩm Rau mầm là một dạng rau bổ dưỡng và an toàn, thời gian trồng lại ngắn (5 – 7 ngày) nên được trồng nhiều trên quy mô gia đình và rất được ưa chuộng

Đậu nành là nguồn thực phẩm dinh dưỡng ở nhiều nước Châu Á, được sử dụng với rất nhiều sản phẩm đa dạng như: đậu phụ, sữa đậu nành, yoghurt, dầu đậu nành, kem Đậu nành được ưa chuộng trên thế giới bởi vì có chứa nhiều hoạt chất sinh học rất cần thiết cho cơ thể như: là nguồn protein hoàn hảo có thể sử dụng thay thế cho protein động vật, có chứa đầy đủ 8 loại amino acid thiết yếu, isoflavone, các acid béo không no oleic, linoleic…., chất khoáng (magie, canxi, …) và các vitamin rất có lợi cho sức khỏe Tuy nhiên, đậu nành còn có chứa các chất phản dinh dưỡng như: chất ức chế hoạt tính các enzyme tiêu hóa (Trypsin, Lipase, Chymotripsin, Amylase), lectin, acid phytic, các loại đường khó hấp thu (Raffinose, Stachyose) Nảy mầm là một quá trình biến đổi sinh lý, sinh hóa phức tạp diễn ra trong hạt ngũ cốc; các thành phần dinh dưỡng, enzim và cấu trúc hạt biến đổi nhiều Do vậy, nảy mầm là một giải pháp hữu hiệu để làm giảm hàm lượng các chất phản dinh dưỡng trên, làm mất mùi ngái khó chịu do lipid gây ra, đồng thời làm tăng giá trị dinh dưỡng, bên cạnh đó tạo ra sản phẩm mới từ đậu nành

NỘI DUNG NGHIÊN CỨU GỒM

• Nghiên cứu ảnh hưởng của kích thước hạt đến tỉ lệ nảy mầm và tính chất của cây mầm

• Nghiên cứu ảnh hưởng đồng thời của nhiệt độ và thời gian ngâm đến tỉ lệ nảy mầm, từ đó chọn ra chế độ ngâm thích hợp để đạt tỉ lệ nảy mầm cao nhất

• Nghiên cứu ảnh hưởng đồng thời của nhiệt độ và thời gian ủ hạt đến tỉ lệ nảy mầm, chọn ra chế độ ủ hạt thích hợp

• Nghiên cứu ảnh hưởng đồng thời của hai yếu tố: nhiệt độ và thời gian của công đoạn gieo trồng hạt, để thu được cây mầm có chiều dài 5 – 8 cm, tỉ lệ nảy mầm cao và đạt giá trị dinh dưỡng cao

• Nghiên cứu sự ảnh hưởng của hàm lượng muối đường trong dung dịch muối chua rau mầm đậu nành đến thị hiếu của người tiêu dùng

 Rau sạch hữu cơ

Là rau được sản xuất với công nghệ không sử dụng hóa chất nông nghiệp

1.1.1 Các mô hình trồng rau sạch [56]

Có 2 loại hình chủ yếu trong phát triển rau sạch hiện nay ở nước ta

 Thứ nhất: Mô hình rau sạch trồng trên diện tích hẹp, đó là trồng rau trong

nhà kính, nhà lưới, trồng rau sạch thủy canh…

Hình 1.1: Mô hình trồng rau sạch trong nhà lồng

 Ưu điểm: có thể trồng rau sạch trái vụ, năng suất cao, tránh được những bất

lợi do thời tiết gây ra

 Nhược điểm: quy mô thường nhỏ, sản lượng ít, chủ yếu phù hợp với rau ăn lá

và rau cao cấp

 Thứ hai: Mô hình phát triển rau sạch đại trà ngoài đồng trên diện rộng, đầu

tư không cao, đây gọi là mô hình “Sản xuất rau sạch cộng đồng”

 Ưu điểm: diện tích và sản lượng lớn nên đáp ứng được nhu cầu cho người

tiêu dùng, giá thành thấp

 Nhược điểm: hay bị tác động bất lợi của thời tiết

Hình 1.2: Mô hình sản xuất rau sạch cộng đồng

Nguồn: www.socbay.com

1.1.2 Tình hình trồng rau sạch hiện nay

Thành phố Hồ Chí Minh mỗi ngày tiêu thụ hàng ngàn tấn rau củ quả các loại, trong đó khoảng 70% lượng rau là từ các địa phương lân cận cung cấp Hiện nay tình trạng tồn dư hóa chất bảo vệ thực vật, kim loại nặng… trên sản phẩm rau vẫn khá phổ biến ảnh hưởng đến sức khỏe người tiêu dùng

TP.HCM đang xây dựng một chương trình sản xuất rau an toàn từ nay đến 2010 với quy mô lớn, sẽ có gần 6000 ha trồng rau an toàn nhằm cung cấp một phần rau sạch cho người tiêu dùng Thành phố đang đẩy mạnh liên kết sản xuất rau an toàn với các tỉnh lân cận (Bà Rịa – Vũng Tàu, Bình Dương, Đồng Nai, Tây Ninh, Lâm Đồng, Long An, Vĩnh Long, Tiền Giang …) Hiện TP.HCM mới chỉ có khoảng 700ha trồng rau an toàn, cung ứng khoảng 4 tấn rau sạch mỗi ngày, trong khi đó mỗi ngày thành phố tiêu thụ 200 – 250 tấn rau

Từ năm 2006, Trung tâm khuyến nông Tp.HCM đã triển khai một số mô hình rau mầm tại quận Bình Tân, Bình Chánh, và đến nay đã phát triển thêm ra nhiều quận, huyện khác với khoảng 100 hộ trồng rau mầm Những loại giống được sử dụng làm rau mầm khá đa dạng như củ cải, rau muống, cải bẹ xanh, tần ô…Rau mầm là một loại rau sạch, an toàn, bỗ dưỡng, chứa nhiều vitamin Kết quả từ các

mô hình trồng sản xuất rau mầm cho thấy dễ thực hiện, chi phí đầu tư thấp, vòng quay nhanh, không chiếm nhiều diện tích, phù hợp với điều kiện vùng dân cư đô thị Tuy trồng rau mầm có hiệu quả rất cao, nhưng rau mầm rất khó chăm sóc Để phát triển và tiêu thụ rau mầm cần giải quyết các vấn đề về kỹ thuật, vật liệu giá thể, khử trùng phòng ngừa bệnh …

 Tên tiếng Anh: soybean, soyabean

 Tên thường gọi: đậu nành, đậu tương

1.2.2 Đặc điểm

Cây đậu nành thuộc dạng thân bò, có chiều cao không quá 20cm hoặc có thể phát triển cao tới 2m

 Vỏ, thân và lá cây được bao bọc bởi lớp lông màu vàng nâu hay xám

 Lá cây có dạng ba lá kép, có từ 3-4 lá chét trên mỗi lá, có chiều dài 6 – 15cm

và 2 – 7 cm chiều rộng Lá đậu nành rụng trước khi hạt bắt đầu chín

 Hoa lớn được mọc kín đáo ở nách lá, hoa có màu trắng, hồng hay tím

 Bên ngoài trái có lớp lông bao bọc, mọc thành từng chùm có từ 3 – 5 trái, dài

3 – 8cm và mỗi trái đậu chứa khoảng 2 – 4 hạt có đường kính từ 5 – 11mm

Hình 1.3: Hình hoa và lá cây đậu nành

Nguồn: www.cilr.uq.edu.au

 Hạt đậu nành có nhiều hình dạng và kích thước khác nhau: tròn, bầu dục, tròn dẹt, tròn dài, chùy hài

 Lớp áo ngoài của hạt đậu nành có nhiều màu sắc khác nhau: đen, nâu, xanh,

vàng…và các màu trung gian khác Nhìn chung phần lớn là màu vàng, loại đậu nành có màu vàng là loại tốt nhất nên được ưa chuộng

Đậu nành gồm 3 thành phần: vỏ hạt, phôi, tử điệp

 Vỏ: chiếm khoảng 8% khối lượng hạt, vỏ hạt cứng để giữ nước và bảo vệ phôi và tử điệp bên trong chống lại nấm và vi khuẩn xâm nhập Nếu lớp vỏ này bị nứt ra thì hạt đậu nành không nảy mầm được

 Phôi: chiếm 2% khối lượng hạt, đây là phần rễ mầm, là phần sinh trưởng của hạt khi hạt nảy mầm

 Tử điệp (nội nhũ): gồm hai lá mầm dự trữ phần lớn chất dinh dưỡng của hạt (đạm, chất béo…), chiếm phần lớn khối lượng hạt (90%)

1.2.3 Phân bố sinh thái

Từ thế kỉ 15-16, đậu nành được trồng ở nhiều nước: Nhật, Indonesia, Philippine, Việt Nam, Thái Lan, Malaysia, Đài Loan, Nepal, Ấn Độ Sau thế chiến thứ II, đậu nành trở thành nguồn thực phẩm giàu protein ở Bắc Mỹ và Châu Âu Tuy nhiên đậu nành có nguồn gốc ở Đông Nam Á, nhưng 45% diện tích trồng đậu nành và 55% sản lượng đậu nành trên thế giới đều nằm ở Mỹ Mỹ sản xuất 75 triệu tấn đậu nành năm 2000, trong đó hơn 1/3 được xuất khẩu Các nước sản xuất đậu nành lớn khác: Brasil, Argentina, Trung Quốc và Ấn Độ Ở Việt nam đậu nành được gieo trồng ở 43/62 tỉnh, thành phố, thuộc 7 vùng sinh thái nông nghiệp; nhưng được trồng nhiều

ở các tỉnh phía Bắc và phía Nam

Đậu nành là cây nhiệt đới nên có đặc điểm sinh thái thích nghi với biên độ rộng

về nhiều mặt: ưa sáng, ưa nhiệt, chịu hạn Điều kiện để cây đậu nành phát triển tốt:

 pH đất trồng: 6,45 ÷ 7,31

 Nhiệt độ: 25 ÷ 30oC

 Đất trồng có nhiều mùn hữu cơ với độ ẩm trung bình

Đậu nành ở Việt nam có nhiều giống, diện tích và sản lượng được mô tả ở bảng sau:

Bảng 1.1: Diện tích và sản lượng đậu nành ở Việt Nam từ 2005-2006 [61]

Đồng bằng sông Cửu Long 19.197 12.000 44.491 24.800

Đậu nành nước ta có diện tích trồng và sản lượng tương đối lớn Theo thống kê

số liệu diện tích đất trồng đậu nành chiếm 23% tổng diện tích cây công nghiệp hàng năm, đứng thứ 3 sau cây mía (36%) và lạc (33%); sản lượng thu được hàng năm là gần 0,3 triệu tấn Tuy nhiên, diện tích trồng lại nằm rải rác, phân bố ở nhiều tỉnh ở

cả hai miền Nam và Bắc (số liệu năm 2005) Trong đó tập trung chủ yếu ở miền Bắc (143.500ha, sản lượng 107.300 tấn) chiếm 70% diện tích trồng đậu nành cả nước Ở miền Bắc tập trung chủ yếu ở hai vùng là đồng bằng sông Hồng và vùng Đông Bắc nước ta chiếm tới 27% diện tích và cho sản lượng cao nhất 75.362 tấn chiếm 33% sản lượng cả nước Còn ở miền Nam, vùng trồng nhiều là đồng bằng sông Cửu Long (9,5%) và Tây Nguyên (11,4%)

 Ở miền Bắc: được trồng nhiều ở Hà Tây (31.800ha và sản lượng đạt được

47.700 tấn), Hà Giang (15.900ha, sản lượng 14.100 tấn), Sơn La (9.200ha, sản lượng 11.100 tấn), Điện Biên (8.900ha, 10.700 tấn), Thanh Hóa, Cao Bằng, Vĩnh Phúc…

 Ở miền Nam: diện tích trồng ít hơn miền Bắc, tập trung chủ yếu các vùng ở

Tây Nguyên (23.600ha, sản lượng 37.400 tấn), đồng bằng sông Cửu Long (12.000ha 24.800 tấn) Trong đó, ở Đắc Nông là nhiều nhất có tới 13.700ha với sản lượng năm 2006 là 26.700 tấn; bên cạnh đó còn có một số tỉnh khác như: Đồng Nai (3.200ha, 3.200 tấn), Đồng Tháp (6.700ha, 14.000 tấn), Đắk Lắk (9.600ha, 10.400 tấn), An Giang, Vĩnh Long, Cần Thơ…

Diện tích trồng đậu nành ở Việt Nam

năm 2001-2005

Duyên Hải Nam

Trung Bộ 1.79%

Tây Nguyên 11.38%

Đông Nam Bộ 4.94%

Đồng bằng sông Cửu Long 9.49%

Bắc Trung Bộ 4.41%

Đông Bắc 27.57%

Đồng bằng sông Hồng 27.70%

Tây Bắc 12.72%

Hình 1.5: Cơ cấu diện tích trồng đậu nành theo từng vùng ở Việt Nam

Sản lượng đậu nành ở Việt Nam năm 2001-2005

Duyên Hải Nam Trung Bộ 1.92%

Bắc Trung Bộ 3.84%

Tây Nguyên 13.58%

Đông Nam Bộ

Cửu Long 14.97%

Đông Bắc 19.56%

Tây Bắc 9.79%

Đồng bằng sông Hồng 33.24%

Hình 1.6: Cơ cấu sản lượng đậu nành theo từng vùng ở Việt Nam

1.2.4 Thành phần hóa học và giá trị dinh dưỡng của hạt đậu nành

Đậu nành là một trong những loại thực phẩm nổi tiếng và phổ biến nhất, chiếm

vị trí đỉnh tháp dinh dưỡng dành cho người và động vật, do chứa một hàm lượng lớn protein có giá trị cao và hoàn hảo, giống với protein của động vật (bò) Vì protein của đậu nành được tiêu hóa và hấp thu dễ dàng (Young et al., 1992) [55], chứa đầy

đủ các acid amin thay thế và không thay thế, các acid béo không no, vitamin, muối khoáng cũng như hệ enzyme thủy phân [5]

Tùy theo giống, đất trồng, khí hậu, điều kiện trồng và phương pháp thu hoạch, bảo quản, hàm lượng các chất có trong hạt đậu nành có sự biến đổi

Bảng 1.2: Thành phần hóa học của hạt đậu nành [2]

(%)

Protein (%)

Lipid (%)

Carbohydrate (%)

Tro (%)

Dựa vào chức năng sinh học, protein được chia thành 2 loại: protein chuyển hóa

và protein dự trữ Các loại protein dự trữ của các loại đậu nói chung gồm globulin legumin và vicilin Thành phần các protein này của đậu nành theo thứ tự được gọi là glycinin (11S) và β-conglycinin (7S) theo báo cáo của Wolf (1969) [53]

Đậu nành có đủ 20 loại acid amin, trong đó có 8 loại acid amin thiết yếu mà cơ thể không tổng hợp được Hàm lượng lysine đậu nành cao (2.706g/100g nguyên liệu) [60]

So với các loại ngũ cốc khác như: lúa mì, lúa mạch, gạo, ngô…thì hàm lượng protein của đậu nành cao nhất, nhưng so với thành phần carbohydrate thì có hàm lượng thấp, được thể hiện ở bảng 1.3

Bảng 1.3: Thành phần dinh dưỡng của một số loại ngũ cốc [38]

1.2.4.2 Carbohydrate

Theo C Hedley, hàm lượng carbohydrate của đậu nành từ 30,2 – 35,5% Trong

đó gồm có: tinh bột (1,5%), sucrose (6,2%), raffinose (0,9%), stachyose (4,3%), verbascose (0,1%) và chất xơ (20%) Đậu nành là một nguồn thực phẩm giàu chất

xơ là các polysaccharide, chiếm phần lớn là hemicellulose và cellulose và một lượng rất ít lignin Nó có tác dụng lên sự chuyển hóa glucose và lipid ở cơ thể người, đồng thời làm giảm lượng cholesterol [19]

1.2.4.3 Lipid

Hàm lượng acid béo không no có giá trị dinh dưỡng cao chiếm 60-70% lượng chất béo của hạt: acid oleic, acid linoleic (11,255g/100g đậu) [60] Trong hạt đậu nành, hàm lượng dầu chiếm 20% (g/g) khối lượng hạt và có tới 90% là các triacylglycerol (Wilson và Kwanguen, 1986) [52] Một nửa hàm lượng triacylglycerol trong quá trình nảy mầm đóng vai trò là nguồn carbon chính cho hạt sinh trưởng và thành phần dự trữ chính của lipid đậu nành

Ngũ cốc Protein

(%)

Carbohydrate (%)

Tro (%)

Chất xơ (%)

Lipid (%)

1.2.4.4 Vitamin và khoáng chất

Đậu nành có chứa rất nhiều vitamin, trong đó inositol và choline chiếm 2,3 và 3,4 mg/g hạt; một lượng nhỏ niacin (21-23 µg/g), pantothenic acid (13-22µg/g), thiamine (11-18 µg/g), pyridoxine (7,1-12 µg/g) và 3,4-3,6 µg/g carotene

Thành phần khoáng chiếm 5% trọng lượng khô đậu nành gồm K, P, Mg, Zn…Trong đó, hàm lượng Canxi của đậu nành (277mg/100g nguyên liệu) cao hơn các loại đậu khác [60]

1.2.4.5 Isoflavone

 Hợp chất flavonoid trong hạt đậu nành là isoflavone, đây là hợp chất rất quan trọng, có tác dụng chống oxy hóa và ngăn ngừa ung thư Isoflavone được phân loại dựa vào các nhóm chức của nó

 Có 4 dạng: aglycons, glucosides, malonylglucosides, và acetylglucosides Isoflavone đậu nành có 12 loại được chia thành 2 nhóm: aglycones tự do và hợp chất glucoside Glucoside gồm daidzin, genistin, glycitin và dẫn xuất của molonyl

và acethyl Các glucoside được thủy phân bởi enzyme β-glucosidase thành các aglycone daidzein, genistein, glycitein Trong đó, 2 loại isoflavone genistein và daidzein là chủ yếu, nó có khả năng kiểm soát và ức chế sự phát triển tế bào ung thư [24]

 Thí nghiệm trên động vật cho thấy isoflavone làm giảm nguy cơ mắc bệnh ung thư bởi nhiều cơ chế Chiết xuất isoflavone tinh khiết làm giảm sự phát triển của các khối u và làm giảm hoạt tính của enzyme protein tyrosinekinase, đây là một enzyme chủ yếu kích thích sự tăng nhanh của tế bào ung thư, làm giảm sự hình thành các mạch máu mới ở các khối u, khối u sẽ bị ức chế sự sinh trưởng do các chất dinh dưỡng bị ngăn chặn lại không tới được khối u (Herman et al., 1995) [17]

 Tuy nhiên cũng có một số ảnh hưởng của isoflavone lên sự phát triển và sinh sản Isoflavone có cấu trúc tương tự với estradiol, đây là thành phần chính hoạt động giống estrogen ở phụ nữ, có thể liên kết với chất tiếp nhận estrogen và có hoạt tính giống estrogen nhưng yếu hơn (Robertson, 1995)

1.2.5 Các chất phản dinh dưỡng trong đậu nành

Mặc dù đậu nành có hàm lượng các chất dinh dưỡng cao nhất trong các loại ngũ cốc và cao hơn nhiều sản phẩm động vật khác như thịt, trứng, sữa nhưng việc sử dụng chúng lại bị thu hẹp do trong đậu nành có một lượng các chất phản dinh dưỡng như: α-galactoside carbohydrates, acid phytic, lectin, chất ức chế lipase, trypsin…

α-galactoside carbohydrates trong hạt đậu nành chiếm 12 – 12,5% tổng lượng đường tan Trong đó, đường raffinose khoảng 5,3 – 5,6% trọng lượng khô (Kuo et al., 1988) [27] α-galactoside carbohydrates chính là nguồn cung cấp năng lượng quan trọng cho sự phát triển của phôi hạt trong quá trình nảy mầm Bao gồm: sucrose, raffinose, và stachyose

 Raffinose là một trisaccharide bao gồm galactose, fructose và glucose được liên kết với nhau bởi liên kết α-glucoside

 Stachyose (là một tetrasaccharide gồm hai α-D-galactose, một α-D-glucose

và một β-D-fructose được liên kết với nhau nhờ liên kết α-glucoside) là các oligosaccharide điển hình trong nhóm này

Tỉ lệ của chúng trong hạt đậu nành là 5:1:4 (Kuo et al., 1988) Tuy nhiên, theo khảo sát của Emily và cộng sự [13] thì thấy rằng raffinose và stachyose không phải

là nguồn cung cấp năng lượng thiết yếu trong suốt quá trình nảy mầm của đậu nành Đồng thời cũng nhận thấy rằng hàm lượng của chúng trong đậu nành không ảnh hưởng đến hoặc không làm giảm hay trì hoãn sự nảy mầm, mà chỉ làm tăng giá trị

về mặt dinh dưỡng của sản phẩm đậu nành nếu hàm lượng của chúng giảm Các đường này không được thủy phân khi vào trong ruột bởi vì không có sẵn enzyme α-galactosidase để thủy phân, vì thế các loại đường này không được hấp thụ vào máu

1.2.5.2 Acid phytic [6,19]

 Acid phytic (myo-inositol 1,2,3,4,5,6-hexakis (dihydrogen phosphate)) được phân bố rộng rãi trong toàn bộ hạt ngũ cốc và trong các sản phẩm dầu của hạt ngũ cốc

 Cứ 1g bột đậu nành thì có khoảng 4mg phytate, chiếm khoảng 57% lượng phospho hữu cơ

 Acid phytic làm giảm khả năng hấp thụ Zn, Cu, Mn, Ca, Mg, Fe cũng như đối với protein Khi acid phytic liên kết với protein thì làm giảm tính tan cũng như chức năng của protein

1.2.5.3 Các chất phản dinh dưỡng khác

 Lectin (hemagglutinins) là protein có khả năng kết dính các tế bào hồng cầu, được xem như là chất có tính độc cao, có khả năng kết hợp đặc biệt với các carbohydrate trên bề mặt màng tế bào, gây hư hỏng tế bào đã được thí nghiệm trên chuột (Pusztai et al., 1990) [39] Tuy nhiên, nó dễ dàng bị vô hoạt bởi nhiệt độ cao

 Đối với các sản phẩm được làm từ đậu nành gồm: đậu phụ, nước uống từ đậu nành, soy protein isolate Các sản phẩm này do đã qua xử lý nhiệt nên hàm lượng các chất ức chế trypsin và lectin được loại bỏ đến 80-90% (Liener et al., 1988) [30] Các chất phản dinh dưỡng khác tồn tại trong hạt đậu nành với hàm lượng rất nhỏ được thể hiện ở bảng 1.4 Được chia làm hai dạng: các chất không bền nhiệt và bền nhiệt

Các chất phản dinh dưỡng không bền nhiệt thì dễ dàng được loại ra dưới tác dụng nhiệt trong quá trình chế biến như: các chất ức chế protease, lectin…

Các chất bền với nhiệt khó loại ra khỏi nguyên liệu trong quá trình chế biến

 Các hợp chất tanin tập trung chủ yếu ở vỏ hạt nên được loại bỏ bằng cách bóc vỏ

 Quá trình lên men tạo ra sản phẩm đậu nành truyền thống có thể giảm đáng

kể hàm lượng phytate và hàm lượng các chất tạo hơi và lysinoalanine của đậu nành

 Saponin trong đậu nành kém độc hơn các loại hạt đậu khác (Liener 1994, 1995) [28,29] và không được xem như là một mối nguy đối với sức khỏe con người

 Phytoestrogen là thành phần có tính bền cao trong quá trình chế biến bao gồm cả xử lý nhiệt và lên men Tuy nhiên, phytoestrogen tan được trong dung môi hữu cơ nên có thể sử dụng dung môi để tách ra khỏi nguyên liệu (Whitten et al., 1995) [50]

Bảng 1.4: Các chất phản dinh dưỡng trong đậu nành (Liener, 1994, 1995)

Các chất không bền nhiệt Các chất ức chế protease - ức chế quá trình phân giải protein, làm giảm khả

năng sử dụng protein của đậu nành

Lectin - kết hợp với glycoprotein

- phá hủy mô tế bào Các chất gây bướu cổ

(goitrogiens)

- làm cho tuyến giáp khó hấp thu iod, gây bướu cổ

Antivitamin - làm giảm hàm lượng vitamin A, B12, D, E

Các chất bền với nhiệt Các hợp chất Phenolic

Tanin - giảm sự hấp thu các chất khoáng (Ca, Zn, Fe)

Vitamin B12 và các protein

Phytate - gây thiếu hụt chất khoáng

Saponin - gây thiếu hụt chất khoáng

- gây nguy hại đến các cơ thành ruột Phytoestrogen

Các chất gây dị ứng - gây nôn mửa, tiêu chảy

Lysinoalanine - làm giảm sự tiêu hóa lysine

Các chất làm đầy hơi - tạo ra khí, hơi

- làm đầy hơi ở bụng, nôn mửa, tiêu chảy

1.2.6 Các sản phẩm làm từ đậu nành

Các sản phẩm chế biến từ đậu nành có thể được chia làm hai loại:

 Các sản phẩm đậu nành lên men: nước chấm lên men (nước tương), tương, chao, sữa chua đậu nành, miso, tempe, tauco…

 Các sản phẩm đậu nành không lên men: đậu phụ, tào phớ, sữa đậu nành

Tuy nhiên việc sử dụng hạt đậu nành để chế biến thực phẩm vẫn còn gặp nhiều hạn chế do trong bột đậu nành có một lượng lớn lipit gây ra mùi ngái khó chịu Hơn nữa, còn có các chất phản dinh dưỡng như acid phytic, lectin, chất ức chế trypsin…Nảy mầm là một giải pháp khắc phục được các hạn chế trên [21,40]

 Đối với các nhà phân tích hạt: sự nảy mầm là sự giải phóng và sự phát triển

từ phôi hạt của các cấu trúc cần thiết có khả năng phát triển thành cây con dưới các điều kiện thích hợp

 Những người khác cho rằng: đó là do sự hoạt động phát triển của phôi hạt

Dựa vào hình dạng của lá mầm, có hai loại nảy mầm xảy ra Hai loại hạt minh họa cho hai kiểu nảy mầm đó là hạt đậu và đậu Hà Lan Mặc dù hai loại này giống nhau về mặt cấu trúc, nhưng nảy mầm lại hoàn toàn khác nhau

 Epigeal germination: đây là kiểu nảy mầm của các hạt đậu Trong quá trình nảy mầm, lá mầm mọc ở phần trên của đất ủ Trong quá trình ra rễ, thân mầm bắt đầu dài ra theo hình vòm, đẩy lá mầm và chồi mầm còn ở trạng thái đóng nhô lên khỏi mặt đất, sau đó lá mầm mở ra, chồi mầm phát triển tiếp, lá mầm héo đi và rụng xuống đất

 Hypogeal germination: đây là kiểu nảy mầm của đậu Hà Lan, và các loại cây

cỏ (bắp ) Lá mầm hay các cơ quan khác của hạt vẫn ở dưới đất, còn chồi mầm thì được đẩy lên trên và giải phóng ra khỏi mặt đất

Hình 1.8: Hai kiểu nảy mầm hạt

1.3.2 Những biến đổi chung trong quá trình nảy mầm

Nảy mầm là một quá trình biến đổi sinh lý và sinh hoá hết sức phức tạp diễn ra bên trong hạt ngũ cốc Trong quá trình này các thành phần dinh dưỡng, enzyme và cấu trúc hạt là các đối tượng có nhiều biến đổi [4,10,19,33]

Giống như các loại cây hạt kín, đậu nành cũng có lớp vỏ cứng bên ngoài để bảo

vệ phôi và các thành phần dinh dưỡng dự trữ bên trong Trong điều kiện thuận lợi, hạt nảy mầm tạo ra chồi non và bắt đầu một chu kỳ sống mới Trong thời kỳ nảy mầm, các quá trình sinh lý, sinh hoá và hoá lý trong hạt xảy ra rất mạnh nhờ đó hạt nảy mầm Lượng thức ăn cần thiết cung cấp cho phôi phát triển sẽ được lấy từ nội nhũ, ở đó dưới tác dụng của hệ thống enzyme hoạt động chuyển hoá các chất dự trữ

cao phân tử thành các chất có phân tử lượng thấp hơn ở dạng hoà tan Khi nảy mầm trong hạt sẽ xảy ra các quá trình chủ yếu sau:

 Sinh lý: sự phát triển của mầm đồng thời với sự hô hấp và tổng hợp một số chất mới

 Sinh hoá: thuỷ phân các chất dự trữ trong nội nhũ

 Hoá học: tác dụng tương hỗ giữa các chất tạo thành sau khi thuỷ phân, hình thành các chất hoà tan, chất thơm, vị ngọt

 Lý học: việc vận chuyển các chất dự trữ hoà tan từ nội nhũ đi nuôi mầm và ngược lại

1.3.3 Các yếu tố ảnh hưởng tới quá trình nảy mầm [36]

Quá trình nảy mầm là một loạt các chuỗi phản ứng xảy ra cùng lúc hay đan xen lẫn nhau, đây là một quá trình xảy ra phức tạp Có rất nhiều yếu tố ảnh hưởng đến quá trình này: nước, không khí, ánh sáng, nhiệt độ, thời gian, kích thước hạt, tính chất hạt, môi trường xung quanh…

1.3.3.1 Nước

Nước là yếu tố cơ bản cho sự nảy mầm, cần thiết cho sự hoạt hóa các enzyme,

bẻ gãy và chuyển hóa các chất dự trữ trong hạt Hạt đậu nành có độ ẩm thấp, quá trình trao đổi chất tương đối thấp gọi là trạng thái nghỉ hay im lặng Vì thế, khi ở trạng thái này hạt có thể duy trì một hoạt động trao đổi chất ở mức độ tối thiểu, đảm bảo kéo dài sự sống trong thời gian bảo quản

Do đó, độ ẩm của đất trồng là khoảng tối ưu cho quá trình nảy mầm hạt xảy ra Đối với các loại hạt khác nhau thì có một hàm ẩm tới hạn khác nhau để quá trình nảy mầm xảy ra Nếu hàm ẩm ban đầu của đất giảm dưới hàm ẩm tới hạn thì các hạt

sẽ bị thối trong đất và không thể nảy mầm Ví dụ: đối với bắp (30%), lúa mạch (40%), đậu nành (50%)

Ảnh hưởng của độ ẩm đất đến các hạt nảy mầm khó xác định ở giai đoạn sinh hóa, khi độ ẩm của đất và điện thế nước của đất phụ thuộc lẫn nhau với thành phần đất trồng, mô hình trồng và sự tác động trực tiếp của quá trình (như tưới nước hay làm ẩm đất) (Marshal et al., 1996) [32] Hạt hấp thu nước là một điều kiện tiên

quyết cho sự nảy mầm, và dưới các điều kiện thông thường, sự hấp thu nước từ đất phụ thuộc vào tính chất nước của hạt và đất (Hegarty, 1978; Koller và Hadas, 1982)[16,26]

Nước từ đất đi vào trong hạt được là nhờ sự khác nhau về điện thế nước giữa hạt

và đất và được kiểm soát bởi tính dẫn nước Sự chênh lệch hàm lượng nước rất lớn khi ở giai đoạn hút ẩm và giảm khi các hạt hút ẩm đạt đến hàm lượng nước yêu cầu cho quá trình nảy mầm Lượng nước yêu cầu cho sự phát triển thành cây con nhiều hơn cho sự sinh trưởng của hạt trong giai đoạn hút nước bởi vì trong giai đoạn phát triển rễ và lông mao hút nước rất nhiều để cho cây mầm phát triển (Koller và Hadas, 1982)[26]

1.3.3.2 Không khí

Oxy cần thiết cho sự nảy mầm của hầu hết các loại hạt Chế độ thoáng khí (như tốc độ trao đổi khí) ảnh hưởng lớn đến hoạt tính sinh học đất và sự cạnh tranh giành lấy oxy với hạt đang nảy mầm Tuy nhiên các tác động này rất phức tạp, rất khó xác định ở giai đoạn sinh hóa của hạt nảy mầm Sự có mặt của oxy trong quá trình nảy mầm như là một chất nhận điện tử trong quá trình hô hấp cũng như trong các quá trình oxy hóa khác [42] Hàm lượng CO2 thấp có tác dụng kích thích sự nảy mầm Nếu hàm lượng CO2 cao hơn 0,03% thì sẽ làm chậm trễ quá trình nảy mầm Yêu cầu về lượng oxy cung cấp và các tác động của oxy và hàm lượng CO2 lên tốc độ nảy mầm hạt khá phức tạp (Bewley và Black, 1982) [8] Trong khi đó thì N2 thì không có ảnh hưởng đến quá trình nảy mầm

1.3.3.3 Nhiệt độ

Sự nảy mầm là một quá trình phức tạp bao gồm nhiều phản ứng riêng lẽ và các giai đoạn khác nhau, mỗi một phản ứng hay mỗi một giai đoạn đều bị ảnh hưởng của nhiệt độ Nhiệt độ ảnh hưởng đến hoạt tính sinh học của hạt Nhiệt độ đất khác nhau phụ thuộc vào độ ẩm đất, cấu trúc, chiều dày lớp đất….Để quá trình nảy mầm xảy ra, nhiệt độ môi trường phải phù hợp với từng loại hạt

Nhiệt độ thích hợp cho hầu hết các loại hạt là khoảng 15-30oC, tối đa khoảng 30-40oC Không chỉ quá trình nảy mầm có các lượng nhiệt độ thay đổi mà mỗi giai

đoạn đều có một giá trị nhiệt độ của nó; vì thế, nhiệt độ có thể thay đổi trong suốt giai đoạn nảy mầm Nhiệt độ này lại phụ thuộc vào giống, vùng trồng, chất lượng hạt và thời gian thu hoạch hạt Chất lượng hạt cao có thể nảy mầm ở khoảng nhiệt

độ dao động rộng hơn hạt có chất lượng thấp

1.3.3.4 Ánh sáng [23]

Ánh sáng gồm chất lượng sáng, cường độ sáng, và thời gian chiếu sáng có ảnh hưởng đến sự nảy mầm, sự phát triển của cây mầm cũng như tới sự hình thành các chất trao đổi bậc hai như anthocyanin, flavonoid, anthraquinone, alkaloid, cũng như ảnh hưởng tới các hợp chất isoflavone và phenolic trong đậu nành

Đậu nành nảy mầm được trồng trong điều kiện không có ánh sáng có giá trị dinh dưỡng thấp hơn trong điều kiện có ánh sáng là do thiếu quá trình quang hợp Isoflavone được tổng hợp theo con đường malonate và phenylpropanoid pathway Quá trình tổng hợp này sử dụng 3 malonyl CoAs và 1 coumaroyl CoA, các chất này lại được tạo ra trong quá trình quang hợp Vì vậy, nảy mầm trong điều kiện có ánh sáng sẽ làm tăng hàm lượng isoflavone và các hợp chất phenolic trong đậu nành nói riêng, trong các loại hạt khác nói chung Đồng thời nảy mầm trong điều kiện có ánh sáng sẽ tạo ra mầm đậu nành màu xanh có chứa nhiều chlorophyll do quang hợp

1.3.3.5 Kích thước hạt [14,18,47]

Kích thước hạt khác nhau của cùng một vụ mùa có hàm lượng tinh bột khác nhau, tốc độ nảy mầm và tỉ lệ nảy mầm là chỉ tiêu để đánh giá Dưới các điều kiện môi trường như nhiệt độ thấp, độ ẩm đất, hạt có kích thước nhỏ hơn thường mọc tốt hơn các hạt lớn vì cây con từ hạt nhỏ có mối nguy ít hơn hạt lớn (Sexton et al., 1994; Hoy and Gamble, 1987) [18,47] Chiều dài và chiều rộng của hạt đậu nành có liên quan trực tiếp đến kích thước của sản phẩm cây mầm (Fraser et al., 1982) [14]

1.3.4 Các giai đoạn xảy ra trong quá trình nảy mầm

Hầu hết các hạt trải qua một loạt các quá trình xảy ra liên tục trong suốt thời gian nảy mầm Trước giai đoạn nảy mầm, hạt luôn ở trạng thái “duy trì”, gọi là trạng thái ngủ của hạt, các hoạt động trao đổi chất bị cản trở không cho sự nảy mầm xảy ra Trong một số điều kiện môi trường thích hợp, hạt trở nên nhạy cảm với sự

có mặt của các chất kích hoạt sự sống như ánh sáng hay sự thay đổi nhiệt độ, độ ẩm, làm thay đổi trạng thái cân bằng hạt Trong quá trình nảy mầm, một loạt các quá trình xảy ra liên tiếp nhau: sự hấp thu nước hay sự hút ẩm, sự hoạt hóa enzyme, bắt đầu sự tăng trưởng của phôi, sự nứt vỏ hạt và sự nhô lên của mầm

Hình 1.9: Ba giai đoạn nảy mầm hạt

Hình 1.10: Các quá trình xảy ra trong mỗi giai đoạn hấp thu nước

Giai đoạn hạt hấp thu nước là thiết yếu để các tế bào hạt hút nước trương nở và bắt đầu cho quá trình chuyển hóa bên trong hạt Lượng nước hấp thu vào cho quá trình nảy mầm xảy ra lại phụ thuộc vào hình dạng, giống hạt và các thành phần bên trong hạt

Các cơ quan khác nhau của hạt (phôi, lá mầm…) đều khác nhau về cấu trúc vật chất bên trong, các tính chất sinh hóa và thành phần hóa học; vì thế tính phân phối nước khi hạt hấp thu vào, tính giữ nước cũng như về tính trương nở của các cơ quan

đó cũng khác nhau (Bewley và Black, 1982; Koller và Hadas, 1982)[8,26]

Hạt khô hút nước vào qua 3 pha được kiểm soát bởi các yếu tố: tính chất hạt (hàm lượng nước hạt, tính khuếch tán hạt), tính chất nước ở môi trường đất (điện thế nước của đất, tính khuếch tán cũng như tính dẫn nước của vùng đất xung quanh hạt)

Trong quá trình nảy mầm hạt, chủ yếu xảy ra qua 3 giai đoạn:

 Pha I (Hoạt hóa): kích thước hạt tăng lên

 Pha II (Chuyển hóa): rất nhiều hoạt động sinh hóa diễn ra: sự phân giải các hợp chất đa phân tử thành các chất đơn giản hơn, do sự hoạt hóa và tổng hợp các enzyme cần thiết cho sự chuyển hóa; sự phân giải các chất dự trữ trong hạt; tổng hợp mới một số chất (protein )

 Pha III (Hình thành cây con): tế bào hạt dài ra, và có sự phân chia tế bào, bắt đầu hình thành rễ mầm

Tương ứng với 3 pha nảy mầm hạt thì quá trình hấp thu nước cũng xảy ra theo 3 pha:

 Pha hút nước: nhờ vào kiểu thẩm thấu động học, phụ thuộc vào sự tiếp xúc giữa hạt và môi trường xung quanh, thành phần hạt, tính chất và hình dáng của vỏ hạt (Hadas, 1982) [26] Hạt hút nước từ môi trường ngoài với sự tăng lên về kích thước, đồng thời hạt bắt đầu hô hấp, hoạt hóa nhiều enzyme và tạo ra nhiều enzyme mới Với những chuyển hóa bên trong hạt làm cho rễ mầm phát triển và nhô ra khỏi

vỏ hạt

 Pha chuyển hóa: ở pha này, lượng nước được hấp thu vào không đáng kể gọi

1.3.4.1 Quá trình ngâm hạt [8,42]

Sự hút ẩm là một quá trình vật lý không phụ thuộc vào năng lượng trao đổi chất, phụ thuộc vào sự chênh lệch gradient hàm lượng nước giữa đất và hạt, và cơ chế thẩm thấu xảy ra, đồng thời có liên quan đến tính chất cả các hạt keo (colloid) có mặt trong tế bào Độ ẩm hạt tăng từ 5-10% lên 50% sau giai đoạn này Hạt phải có 40-60% độ ẩm để nảy mầm xảy ra

Trong hạt, lượng nước phân bố ở tế bào, có nhiệm vụ liên kết các phần tử dạng keo, chúng không thể dịch chuyển từ tế bào này sang tế bào kia, tức là chúng không tham gia vào các quá trình chuyển đổi năng lượng – gọi là nước liên kết hay nước cấu trúc Vì thế chúng không đủ khả năng hoạt hóa phôi để phát triển thành cây con Muốn thực hiện quá trình này, hạt phải hút thêm một lượng nước bổ sung Lượng nước này, khi được hút vào hạt, chúng có khả năng di chuyển từ tế bào nọ sang tế bào kia, từ đó chúng sẽ tham gia vào các quá trình chuyển khối và đóng vai trò hết sức quan trọng như là hoạt hóa các quá trình xảy ra – gọi là nước tự do Khi hạt đậu ngâm trong nước thì nước đi vào hạt theo 2 hướng chính:

 Thấm trực tiếp qua vỏ hạt

 Phía cuối hạt có một lớp mày (gọi là rốn hạt) đối với các loại đậu, đó là phần cuối của hai lá mầm ghép lại vào nhau, khi nước vào đến phôi thì dừng lại ở đó và

thẩm tích dần vào nội nhũ

Vì thế, ngay trong từng cấu trúc hạt thì hàm ẩm cũng phân phối không đều: ở những lớp bên ngoài có hàm ẩm cao hơn lớp bên trong và ở tâm hạt có hàm ẩm thấp nhất

Bảng 1.5: Hàm lượng nước của cấu trúc hạt maize và đậu nành trong quá trình nảy

m ầm [34,49]

Hàm lượng nước (%)Cấu trúc hạt Đậu nành Maize Embryonic axes/embryo (phôi) 70-80 50-55

Cotyledon/endosperm (nội nhũ) 55-60 25-30

Toàn bộ hạt 60-65 30-35

Trong 2 con đường trên, con đường thấm trực tiếp vào vỏ hạt là khó khăn nhất

Vỏ hạt được cấu tạo bởi cellulose và các hợp chất acid silicic, nó là một màng bán thấm, sẽ cản trở lớn cho nước đi vào bên trong

Quá trình ngâm hạt (hút ẩm) là tập hợp với nhiều vấn đề: tốc độ hút nước, mức

độ hút nước, tiến trình hút nước, và sự phân bố trong lòng hạt, sự hoạt hóa hệ enzyme, sự hòa tan các chất phân tử thấp, sự vận chuyển các chất đó về phôi, sự giải phóng hệ enzyme khỏi trạng thái liên kết, hoạt động của enzyme oxy-hóa khử,

sự hô hấp của hạt, sự cung cấp oxy và giải phóng CO2 khỏi khối hạt, sự hao phí chất khô và cuối cùng là chất lượng của sản phẩm Sự hút ẩm phụ thuộc vào nhiều yếu tố: thành phần hạt, tính thấm vỏ hạt, độ ẩm ban đầu của hạt, nhiệt độ, kích thước hạt…[8,42]

 Nhiệt độ của nước ngâm: là yếu tố quan trọng nhất ảnh hưởng đến tốc độ

hút nước của hạt (gọi là tốc độ ngâm) Trong một giới hạn nhất định, nhiệt độ nước ngâm tăng thì tốc độ hút nước của hạt cũng tăng, thời gian để hút đến độ ẩm cần thiết sẽ rút ngắn lại Nếu ngâm ở nhiệt độ 5oC thì thời gian cần thiết để hàm ẩm hạt đạt đến 45% là 120h, nếu nhiệt độ là 10oC thì thời gian cần thiết là 96h, 15oC – 72h,

và 20oC – 48h Ngoài ra, nhiệt độ ngâm cao tốc độ hút nước của hạt tăng lên vì độ

nhớt của nước thấp, dễ xảy ra hiện tượng hạt bị “sũng nước”, phôi bị “ủng”, ảnh hưởng đến các chất bên trong hạt, ảnh hưởng đến hoạt tính của enzyme, đồng thời làm mất khả năng nảy mầm hạt [8]

Nhiệt độ cao, cường độ hô hấp của hạt sẽ mạnh lên rất nhiều, kéo theo những quá trình sinh hóa khác xảy ra với tốc độ cao, vì thế nó cũng ảnh hưởng đến các hợp chất bên trong cũng như đối với hệ enzyme của hạt

Bảng 1.6: Động học quá trình hút nước của hạt malt ở nhiệt độ khác nhau [3]

Hàm ẩm của hạt (%) ở các nhiệt độ khác nhau Thời gian ngâm

13,1 32,8 39,3 42,5 44,0 46,2

13,1 31,2 42,1 44,9 46,7 48,2

 Độ lớn hạt: là yếu tố thứ hai ảnh hưởng đến tốc độ hút nước và cường độ hô

hấp của hạt Hạt to hút nước chậm hơn hạt bé [12,35] Ở cùng một điều kiện như nhau, hạt có kích thước bề dày lớn hơn 2,8mm là 15h, còn so với hạt có bề dày 2,5-2,8 mm thì tốc độ hút nước chậm hơn 25-30h

 Thành phần hạt: về cơ bản thành phần hạt liên quan chủ yếu đến tính hút ẩm

là protein Protein là phân tử lưỡng cực nên tương tác với các phân tử nước Ngược lại, tinh bột như amylose có ái lực nhỏ đối với nước, còn lipid về mặt cấu tạo phân

tử thì không tích điện nên không có ái lực với nước Vì thế hàm lượng protein cao trong hạt sẽ tương tác với nước nhiều hơn là đối với tinh bột hay dầu chứa trong hạt

 Tính thấm vỏ hạt: nước đi vào bên trong hạt bị ảnh hưởng bởi lớp vỏ tự

nhiên bao bên ngoài hạt Tính thấm nước cao nhất ở vùng có lớp vỏ mỏng Ở vị trí rốn hạt dễ dàng cho nước đi vào

 Thành phần hóa học của nước: cũng là một yếu tố khá mạnh ảnh hưởng đến

tốc độ hút nước, khả năng hòa tan các chất polyphenol, chất chát, chất màu của vỏ

và cường độ hô hấp của hạt Các ion kim loại kiềm và kiềm thổ là những cấu tử thường trực ở trong nước, nếu hàm lượng của chúng cao sẽ thúc đẩy quá trình ngâm hạt nhanh hơn Chúng hòa tan một lượng đáng kể các hợp chất polyphenol, chất đắng, chất chát, và chất màu của hạt vào nước, làm cho nước thấm vào hạt nhanh hơn Ion kim loại nặng ở trong nước có khả năng cản trở sự hút nước của hạt, đặc biệt là ion sắt Với hàm lượng cao, chúng sẽ tạo ra một màng bao phủ lên hạt Màng bao này cản trở sự xâm nhập của nước vào bên trong, cản trở sự tiếp xúc với oxy và cản trở con đường giải thoát khí CO2 khi hạt hô hấp, ngoài ra còn tham gia phản ứng hóa học với các chất màu để tạo thành các phức chất và làm biến màu hạt Ngâm hạt không chỉ là quá trình đơn thuần để hạt hút nước đến độ ẩm cần thiết

mà là bước khởi đầu của quá trình phát triển cây con Ở đây xảy ra nhiều quá trình phức tạp nhưng ở cường độ thấp và tiến trình của nó bị ảnh hưởng bởi nhiều yếu tố khác nhau

Trong thời gian ngâm hạt, những quá trình sau đây xảy ra:

 Sự thẩm thấu, và khuếch tán của nước vào hạt

 Sự hòa tan các chất polyphenol, chất chát, chất màu ở vỏ vào môi trường nước ngâm

 Sự thẩm thấu một số ion và muối hòa tan trong nước vào hạt

 Sự hút nước và trương nở tế bào

 Sự hòa tan các hợp chất thấp phân tử trong nội nhũ vào nước

 Vận chuyển các chất hòa tan về phôi

 Hòa tan tất cả enzyme có trong hạt vào nước hay là sự giải phóng enzyme khỏi trạng thái liên kết thành trạng thái tự do;

 Sự hoạt hóa hệ enzyme oxy hóa-khử và enzyme thủy phân;

 Sự hô hấp của tế bào và sự thủy phân các chất hữu cơ cao phân tử;

 Dấu hiệu của sự phát triển cây non ở phôi