Tên đề tài: “ĐA DẠNG DI TRUYỀN BỘ SƯU TẬP GIỐNG CA CAO (Theobroma cacao L.) VIỆT NAM VÀ KHẢO SÁT CHẤT LƯỢNG HẠT CA CAO TẠI ĐAK LAK VÀ BẾN TRE”.

Tác giả: Lâm Thị Việt Hà, Khóa: 2018

Chuyên ngành: Công nghệ sinh học; Mã số: 9420201. Nhóm ngành: Khoa học sự sống

Người hướng dẫn chính: PGS.TS. Trương Trọng Ngôn - Trường Đại học Cần Thơ

Người hướng dẫn phụ: GS.TS. Hà Thanh Toàn - Trường Đại học Cần Thơ

1.  Tóm tắt nội dung luận án

Phân loại các giống cây trồng ca cao hiện hữu tại Việt Nam hiện chưa được công bố và chưa được nghiên cứu tổng thể và chi tiết. Ca cao là loài cây công nghiệp cho  giá trị dinh dưỡng và kinh tế cao. Đề tài khảo sát di truyền bộ sưu tập gồm sáu mươi  ba (63) giống cây trồng ca cao Việt Nam (Theobroma cacao L.) đang trồng tại các địa phương nhằm phân loại hình thái và mối liên hệ đa dạng di truyền giữa các giống cây ca cao đang trồng tại miền Nam Việt Nam. Đa dạng di truyền bộ sưu tập được khảo sát bằng ghi nhận cơ sở dữ liệu hình thái thực vật và thiết lập giản đồ phả hệ bằng trình tự vùng ITS1-4 (Interal transcribed Spacer). Khảo sát đặc tính hình thái thực vật dựa vào các đặc tính hình thái và màu sắc của cơ quan sinh dưỡng (lá) và cơ quan sinh sản (hoa, trái).. Có 03 loại hình thái trái ca cao trong bộ sưu tập bao gồm Angoleta (30 dòng), Amelonado (13 dòng) và Cundeamor (20 dòng). Sáu mươi ba dòng ca cao (giống cây trồng) được phân loại thành 03 nhóm theo phân loại hình thái trái ca cao Trinitario- Criollo, Trinitario-Forastero, và Trinitario. Phân loại theo sự khác nhau về màu sắc trái (56 dòng trái vàng và 7 dòng trái đỏ cam). Phân tích di truyền ghi nhận sự khác biệt trong vùng ITS giữa các giống không lớn, phân chia thành ba nhóm bao gồm nhóm Domestic Trinitario Cultivars (38 dòng), Indigenous Cultivars (20 giống), and Peru Cultivars (5 dòng). Đề tài khảo sát sự lên men và sấy hạt ca cao của 03 giống sản  lượng cao và chất lượng nhất, được trồng tại Eukar- Đắk Lắk và Châu Thành - Bến  Tre (hai vùng sản lượng hạt ca cao khô cao nhất). Kết quả ghi nhận hạt ca cao đạt chất lượng tốt nhất trong điều kiện lên men nhiệt độ 40⁰C trong thời gian 6 ngày; pH 5,93;

hàm lượng  FFAs  ở  mức  thấp 0,30%.  Kết quả tối  ưu  của quá trình lên men được sử

dụng cho thí nghiệm sấy hạt tiếp theo. Kết quả nhiệt độ sấy 50⁰C trong thời gian 21 giờ, hạt ca cao khô đạt giá trị pH 6,15; hàm lượng axit 0,82%, hàm lượng axit béo tự do cho phép 1,08 %. Kết quả đề tài góp phần phục hồi và phát triển ngành nông nghiệp trồng cây ca cao và sản xuất hạt ca cao khô tại hai vùng Tây Nguyên và ĐBSCL -Việt Nam.

1. Kết luận về Đa dạng di truyền bằng hình thái và chỉ thị phân tử:

• 02 nhóm lai Trinitario khảo sát được phân chia theo đặc tính hình thái thực vật: Trinitario-Criollo (07 dòng) và Trinitario-Forastero (56 dòng). Có 05 hình dạng lá đài khác nhau của bộ sưu tập được phân loại (oval, broad, deltoid, elliptic và sub- lanceolate); 63 giống ca cao Việt Nam biểu hiện 03 dạng trái Angoleta (30 dòng), Amelonado (13 dòng) và Cundeamor (20 dòng). Ngoài ra, kết quả cho thấy giống TD11 có cấu trúc 03 cặp bầu noãn khác biệt so với 02 cặp của 62 giống còn lại.
• 63 giống ca cao khảo sát được phân chia thành 03 nhóm di truyền phả hệ : Domestic Trinitario Cultivars (38 giống), Indigenous Cultivars (20 giống), và Peru Cultivars (5 giống).
  2. Kết luận về Khảo sát chất lượng hạt lên men và sấy tại Bến Tre :
• Hạt ca cao đạt chất lượng cao khi lên men ở nhiệt độ 400C trong thời gian 6 ngày tương ứng với Độ ẩm hạt đạt 44,68% ; pH hạt đạt 5,46 ; hàm lượng axit ở mức thấp 0,16% ; hàm lượng axit béo tự do đạt ở mức cho phép 0,84%.
• Hạt ca cao sau lên men được sấy ở nhiệt độ 500C trong 21 giờ cho chất lượng hạt tốt nhất và mang lại hiệu quả kinh tế cao. Độ ẩm hạt đạt 6,69% ; pH hạt sau khi sấy 5,59 ; hàm lượng axit 0,28% ; hàm lượng axit béo tự do 0,73% (<1,75%).
  3. Kết luận về Khảo sát chất lượng hạt lên men và sấy tại Đắk Lăk :
• Hạt ca cao đạt chất lượng cao (độ chua, độ ẩm, hàm lượng FFAs đạt yêu cầu) khi lên men ở nhiệt độ 400C trong thời gian 6 ngày. Độ ẩm hạt đạt 56,71%, pH đạt 5,93 ; hàm lượng axit béo tự do đạt mức cho phép 0,84%.
• Hạt ca cao sau lên men được sấy ở nhiệt độ 500C trong 21 giờ cho chất lượng hạt tốt nhất, pH hạt sau khi sấy đạt 6,15, hàm lượng axit tổng đạt 0,28%, hàm lượng axit béo tự do FFAs cho phép 1,08%.
  4. Lên men dịch rỉ hạt ca cao : với mật số nấm men ban đầu 105 tb/ml và độ Brix=24, pH=4, sản phẩm rượu vang ca cao có độ cồn 15,2%, độ Brix khi kết thúc lên

men là 8,5 và các chỉ tiêu axit, methanol đạt QCVN 6-3:2010/BYT dành cho rượu trái cây.

2.  Những kết quả mới của luận án

Luận án hoàn thành phân loại sáu mươi ba (63) giống ca cao theo 03 nhóm Criollo, Forastero hay Trinitario. Kết quả thu được của đề tài góp phần thúc đẩy công tác lai ghép tạo giống năng suất, tạo các giống ca cao mới, cung cấp dữ liệu di truyền phân tử của bộ sưu tập giống ca cao Việt Nam.

Đây là công bố về phân loại thực vật 63 giống ca cao Việt Nam (tại các vùng trồng ca cao năng suất cao nhất Việt Nam). Mỗi giống nông học ca cao được ghi nhận các thông tin về hình thái thực vật, và được phân loại và xếp vào nhóm giống ca cao chính thức. Lần đầu tiên cây di truyền phả hệ của bộ sưu tập giống ca cao Việt Nam được xây dựng, bằng phương pháp phân tích di truyền phân tử.

Thiết lập thông số (nhiệt độ và thời gian) của quy trình lên men và sấy nhằm tạo hạt ca cao khô chất lượng phục vụ cho chế biến sản phẩm từ ca cao và góp phần nâng cao sản lượng xuất khẩu hạt. Quan trọng là các thông số được kiểm soát hoàn toàn (nhiệt độ và thời gian); không phụ thuộc vào nhiệt độ ngoài tự nhiên (là điều kiện không kiểm soát được). Kết quả mong muốn là kiểm soát được nhiệt độ và thời gian của quá trình lên men và quá trình sấy tạo hạt ca cao khô chất lượng. Đồng thời đề nghị quy trình tận dụng dịch rỉ ca cao, tạo sản phẩm thức uống tốt cho sức khỏe.

Tận dụng phế phẩm của quy trình, sản xuất ra thành phẩm phục vụ nhu cầu dinh dưỡng thiết yếu. Việc tận dụng phế phẩm góp phần gia tăng thu nhập và giảm thiểu ô nhiễm môi trường.

3.  Khả năng ứng dụng trong thực tiễn, các vấn đề cần tiếp tục nghiên cứu

 - Khả năng ứng dụng trong thực tiễn

 Phân loại 63 giống ca cao Việt Nam thành 03 nhóm giống ca cao, xây dựng cây phả hệ di truyền, trình tự gen của 63 giống ca cao Việt Nam

Xây dựng thông số kỹ thuật kiểm soát đối với quá trình lên men và sấy hạt ca cao đạt yêu cầu (nhiệt độ và thời gian). Kết quả nghiên cứu có thể được tập huấn và chuyển giao kỹ thuật trực tiếp cho các nông hộ trồng và sơ chế ca cao thông qua các cán bộ khoa học kỹ thuật ở địa phương

- Các vấn đề cần tiếp tục nghiên cứu

Tiếp tục nghiên cứu di truyền phả hệ bằng SNP. Nghiên cứu các gen quy định tính trạng liên quan đến chất lượng bơ ca cao, các hợp chất polyphenol trong hạt, vời mong muốn chất lượng hạt ca cao sử dụng tốt nhất.

Khảo sát ảnh hưởng của điều kiện lên men đến hoạt tính sinh học và sự thay đổi chất chống oxy hoá trong quá trình lên men hạt. Mở rộng khảo sát thí nghiệm xử lý  với NaHSO3 sau lên men dịch rỉ hạt với thời gian dài hơn và nhiệt độ thấp (4 - 10⁰C); xử lý với axit ascorbic, axit sorbic, tìm ra phương pháp bảo quản tối ưu.

Thesis title: “Genetic diversity of Vietnamese cocoa cultivars (Theobroma cacao L.) and high-quality investigating of cocoa beans in Đắk Lắk and Bến Tre.

Speciality: Biotechnology. Speciality ID: 9420201.

PhD student: Lâm Thị Việt Hà

Supervisor: Assoc. Prof. Dr. Truong Trong Ngon Supervisor: GS.TS. Hà Thanh Toàn

Academic institute: CanTho University.

1.  Thesis summary

The morphological characteristics of Vietnamese cocoa cultivars have not yet been studied and classified. Cocoa is a crucial industrial resource regarding nutrients and contributing economic values. This study examined the morphological traits of 63 cocoa cultivars (Theobroma cacao L.) that have been cultivated in cocoa regions in Southern Vietnam based on individual classification of their morphological features  (including leaf color, pod color and pod shape, flower) and phylogeny analysis (using ITS1-4 sequences). The Vietnamese cocoa flower showed a diversity of morphological characteristics, including five shapes of ligule (oval, broad, deltoid, elliptic, and sub-lanceolate), and each stamen also had a bi-lobed anther except trilobed anther for TD11. Three kinds of fruit shapes were identified, namely Angoleta (30 cultivars), Amelonado (13 cultivars) and Cundeamor (20 cultivars), 63 cultivars were classified into three groups of cocoa shape varieties, namely Trinitario-Criollo, Trinitario- Forastero, and Trinitario. The results examined the variety colors into yellow (56 cultivars) and red in ripe (7 oranges red). The color of young leaves was observed as green and red. Their phylogeny relationships resulted in 03 groups: Domestic Trinitario Cultivars (38 accessions), Indigenous Cultivars (20 accessions), and Peru Cultivars (5 accessions). The present study is the first report of biodiversity and phylogenetic relationship of Vietnamese cocoa cultivars.

Meanwhile, during cocoa industrial manufacturing, fermentation and drying are crucial to the development of chocolate flavour. The research was carried out among 03 cocoa beans cultivars TD3, TD5 and TD8 (the highest yield beans of two cocoa areas Eukar- Đắk Lắk and Châu Thành - Bến Tre, Vietnam). This study investigated change in temperature and time conditions during cocoa bean fermentation; and the effect of the proximate composition (moisture, pH, axit content, total fatty free FFA, total axit and lipit

content, and microbial community as well) during the fermentation process. The results showed that the ideal conditions led to considerable quality cocoa bean, including 40°C for the sixth day of fermentation. Moisture, pH, axit composition, FFAs showed the acceptable value of (44,68%; 5,46; 0,16%; 0.30% respectively). The microbial biomass recorded the suitable condition for aroma development during the fermentation. The results of fermentation were recorded for the next drying seed process. The results showed that at optimum conditions (50oC in 21 hours) those scored pH 6.15, 0.82% axitity, FFA in limitation 1.08%. The present work supports the “Cocoa cultivation development” and “Quality drying cocoa bean production” of cocoa projects in Vietnam.

2.  The new results of the thesis

The dissertation successfully classified sixty-three (63) cocoa varieties into Criollo, Forastero, and Trinitario. The results obtained from the research contribute significantly to advancing the field of cocoa breeding, facilitating the creation of high-yielding cocoa varieties, generating new cocoa genotypes, and providing valuable molecular genetic data for the cocoa germplasm collection in Vietnam.

This publication pertains to classifying 63 cocoa plant varieties in Vietnam, specifically in regions known for high cocoa productivity. Each cocoa cultivar is documented with information regarding plant morphology and is officially categorized and placed into the respective cocoa variety groups. Notably, this marks the inaugural establishment of the genetic pedigree of the Vietnamese cocoa germplasm collection through the application of molecular genetic analysis.

Establishing parameters (temperature and duration) for the fermentation and drying processes is crucial to producing high-quality dried cocoa beans, serving cocoa products' processing, and enhancing export yields. These parameters (temperature and duration) must be meticulously controlled, eliminating dependence on external, uncontrollable temperature conditions. The desired outcome is the precise control of temperature and duration in the fermentation and drying processes to create high-quality dried cocoa beans.

Simultaneously, a recommendation is made to implement a process that utilizes cocoa pulp juice to create health-promoting beverage products. This maximizes the efficient use of resources and contributes to producing health-conscious cocoa-based beverages.

Utilizing by-products from the production process to create products that fulfill essential nutritional needs is a sustainable practice. Using by-products not only contributes to increasing income but also helps minimize environmental pollution.

- Three kinds of fruit shapes were identified, namely Angoleta (30 cultivars), Amelonado (13 cultivars) and Cundeamor (20 cultivars), 63 cultuvars were classified into three group of cocoa shape varieties Trinitario-Criollo, Trinitario-Forastero, and Trinitario.

- The results of fermentation were recorded for the next drying seed process. The results showed that at optimum conditions (50⁰C in 21 hours) those scored pH 6.15, 0.82% acidity, FFA in limitation 1.08%. The present work supports the “Cocoa cultivation development” and “Quality drying cocoa bean production” of cocoa projects in Vietnam.

3. Practical application and suggestions for further study

• Practical application

Classifying 63 cocoa varieties in Vietnam into three groups, constructing a genetic pedigree, and sequencing the genes for these varieties are crucial tasks in the research. This helps enhance our understanding of genetic diversity and the inheritance relationships among the varieties, providing a scientific foundation for developing and improving cocoa plant varieties. This process can also aid in selecting plant varieties with desired traits, including growth potential, seed quality, and resistance to pests and diseases.

Establishing controlled technical parameters for the fermentation and drying processes, including temperature and duration, to meet the required standards for cocoa bean production. The research outcomes can be disseminated through training sessions and direct technology transfer to cocoa farmers and processors facilitated by local agricultural extension officers and technical experts. This knowledge transfer aims to empower local stakeholders with the necessary skills and techniques to optimize the fermentation and drying processes, ensuring the production of high-quality cocoa beans.

  -  Suggestions for further study

Continuing the research on genetic pedigrees using Single Nucleotide Polymorphisms (SNP) is valuable. Investigating genes that regulate traits related to cocoa butter quality and polyphenolic compounds in the beans aligns to achieve the best possible quality of cocoa beans. This research can uncover genetic markers associated with desirable characteristics, contributing to the development and improvement of cocoa plant varieties with enhanced qualities related to cocoa butter and polyphenol content.

Investigating the influence of fermentation conditions on biological activity and changes in antioxidant properties during the fermentation of cocoa beans is a crucial aspect of the research. Expanding experimental studies to include the treatment with NaHSO3 after pulp fermentation for an extended period at lower temperatures (4 - 10°C) and treatment with ascorbic acid and sorbic acid aims to identify optimal preservation methods. This research seeks to refine the understanding of how various treatments and conditions affect fermented cocoa beans' biological and antioxidant characteristics, providing insights into the development of optimal preservation methods.

• Xem chi tiết nội dung luận án
• Xem thông tin đăng tải tại Website Bộ giáo dục và Đào tạo. (Nhập tên NCS vào ô tìm kiếm)