Luận án Tiến sĩ Công nghệ thực phẩm: Trích ly và thu nhận dịch chiết giàu polyphenol từ húng lũi (Mentha aquatica Linn. var. crispa) và thử nghiệm ứng dụng trong bảo quản thực phẩm

Chia sẻ: _ _ | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:165

Thêm vào BST

Báo xấu

2
lượt xem 0
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Luận án Tiến sĩ Công nghệ thực phẩm "Trích ly và thu nhận dịch chiết giàu polyphenol từ húng lũi (Mentha aquatica Linn. var. crispa) và thử nghiệm ứng dụng trong bảo quản thực phẩm" trình bày các nội dung chính sau: Trích ly polyphenol từ húng lũi; Sản xuất chế phẩm và đánh giá hoạt tính sinh học; Ứng dụng chế phẩm vào bảo quản thực phẩm.

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Luận án Tiến sĩ Công nghệ thực phẩm: Trích ly và thu nhận dịch chiết giàu polyphenol từ húng lũi (Mentha aquatica Linn. var. crispa) và thử nghiệm ứng dụng trong bảo quản thực phẩm

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC NÔNG LÂM THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH ______________ LÊ VĂN NHẤT HOÀI TRÍCH LY VÀ THU NHẬN DỊCH CHIẾT GIÀU POLYPHENOL TỪ HÚNG LŨI (Mentha aquatica Linn. var. crispa) VÀ THỬ NGHIỆM ỨNG DỤNG TRONG BẢO QUẢN THỰC PHẨM LUẬN ÁN TIẾN SĨ NGÀNH CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM Chuyên ngành: Công nghệ Thực phẩm Mã số: 9.54.01.01 Cán bộ hướng dẫn 1 PGS.TS. Lê Trung Thiên Cán bộ hướng dẫn 2 PGS.TS Đàm Sao Mai Tp. Hồ Chí Minh, năm 2024 i
LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của tôi dưới sự hướng dẫn của PGS.TS. Lê Trung Thiên và PGS.TS Đàm Sao Mai. Các kết quả nghiên cứu trong luận án này hoàn toàn trung thực, không sao chép từ bất kỳ nguồn nào dưới bất kỳ hình thức nào. Tác giả luận án Lê Văn Nhất Hoài ii
LỜI CẢM ƠN Trong quá trình thực hiện luận án này tôi đã nhận được nhiều sự giúp đỡ từ các tập thể lãnh đạo, các nhà khoa học, các bạn bè, đồng nghiệp và gia đình. Tôi xin gửi lời cảm ơn đến Ban giảm hiệu, Phòng đào tạo Sau đại học trường Đại học Nông Lâm TP.HCM đã tạo điều kiện thuận lợi và hỗ trợ tôi trong suốt thời gian học tập nghiên cứu tại trường. Xin gửi lời tri ân đến các thầy cô thuộc Khoa Công nghệ Hóa học và Thực phẩm – Trường Đại học Nông Lâm TP.HCM đã hỗ trợ và giảng dạy các kiến thức quý báu giúp tôi hoàn thành luận án này. Đặc biệt tôi xin tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến PGS.TS. Lê Trung Thiên và PGS.TS Đàm Sao Mai, những người đã truyền thụ cho tôi kiến thức, tận tình chỉ bảo và hướng dẫn tôi giải quyết những khó khăn khi thực hiện luận án này. Xin gửi lời cảm ơn chân thành của tôi đến Ban giám hiệu trường Đại học Công nghiệp TP.HCM, Ban lãnh đạo Viện Công nghệ Sinh học - Thực phẩm, các đồng nghiệp, bạn bè và người thân trong gia đình đã giúp đỡ, chia sẽ kinh nghiệm và động viên tôi trong suốt quá trình thực hiện luận án. Xin chân thành cảm ơn Nghiên cứu sinh Lê Văn Nhất Hoài iii
TÓM TẮT Polyphenol là hợp chất có chứa một hay nhiều vòng thơm với một hoặc nhiều nhóm hydroxyl (-OH), chúng được tìm thấy ở tất cả các bộ phận của cây, là thành phần phổ biến trong nông sản. Polyphenol được biết đến là nhóm chất có hoạt tính sinh học cao như khả năng kháng oxy hóa, chống vi sinh vật, kháng viêm…. Việc tách chiết polyphenol từ thực vật đã được nghiên cứu nhiều trong thời gian gần đây, tuy nhiên việc thực hiện trích ly polyphenol từ Húng lũi và thử hoạt tính sinh học của dịch chiết thu được chưa được thực hiện. Húng lũi (Mentha aquatica Linn. var. crispa) được trồng nhiều ở Việt nam, tuy nhiên có một số thời điểm chúng không được thu hoạch do vấn đề giá cả và tiêu thụ. Các nghiên cứu về cây húng lũi ở Việt Nam chủ yếu tập trung vào tách chiết tinh dầu, polyphenol nếu được tách chiết tiếp theo sau quá trình tách chiết tinh dầu và ứng dụng chúng vào bảo quản thực phẩm một mặt sẽ nâng cao giá trị kinh tế của cây húng lũi, mặt khác có thể cung cấp thêm một giải pháp bảo quản thực phẩm tự nhiên và an toàn. Trong nghiên cứu này chúng tôi thực hiện với 3 nội dung chính. Nội dung 1. Trích ly polyphenol từ húng lũi Báo cáo này đưa ra các phương pháp trích ly polyphenol từ húng lũi như phương pháp trích ly bằng ngâm chiết, phương pháp trích ly bằng ngâm chiết có hỗ trợ siêu âm và phương pháp trích ly bằng ngâm chiết có hỗ trợ enzym và tối ưu hóa theo mô hình Box – Behnken nhằm thu được dịch chiết có tổng polyphenol thu được (TPC) và hoạt tính kháng oxy hóa (AA) của dịch chiết cao nhất. Kết quả cho thấy dung môi acetone với nồng độ 50%, tỉ lệ 1:20, thời gian 2h và nhiệt độ 40oC cho hiệu quả trích ly tốt nhất. Nội dung 2. Sản xuất chế phẩm và đánh giá hoạt tính sinh học Quá trình sản xuất cao chiết từ húng lũi được thực hiện bằng phương pháp ngâm chiết với các dung môi acetone với nồng độ 50%, tỉ lệ 1:20, thời gian 2h và nhiệt độ 40oC. Xác định TPC, hoạt tính kháng oxy hóa theo DPPH, ABTS và FRAP, và khả năng kháng khuẩn theo phương pháp MIC trên 4 chủng vi khuẩn E. coli – ATCC 25922, S. enteritidis – ATCC 13076, S. aureus– ATCC 25923, và B. subtilis – ATCC 25924. Kết iv
quả thu được TPC là 247.25±0,71mg GAE/g ck, khả năng kháng oxy hóa theo DPPH, ABTS và FRAP lần lượt là 419,59±0,52 µmol TE/g ck; 711,17±0,82 µmol TE/g ck và 1018,47±3,27 µmol Fe2+/g ck. Quá trình phân lập và xác định cấu trúc các thành phần trong cao chiết thu được kết quả là phân lập được 6 chất gồm cis-p-menth-3-ene-1,2,8- triol; trans-p-menth-3-ene-1,2,8-triol; p-mentha-3,8-dien-1-ol; p-coumaric acid; gallic acid; methyl--D galactopyranoside. Trong nghiên cứu quá trình vi bao bằng kỹ thuật sấy phun đã khảo sát ảnh hưởng của nhiệt độ, loại chất mang và nồng độ chất mang đến hiệu suất thu hồi, TPC, AA và hoạt tính kháng khuẩn của chế phẩm vi bao polyphenol thu được bằng kỹ thuật sấy phun. Kết quả cho thấy nhiệt độ sấy phun là 150oC, nồng độ chất mang là 15% cho hiệu quả vi bao tốt nhất với cả chất mang gum arabic và malto-dextrin. Bên cạnh quá trình vi bao, dịch chiết cũng có thể ứng dụng để tổng hợp nano bạc. Với nghiên cứu tổng hợp nano bạc, đã xác định được nồng độ AgNO3 tốt nhất để tạo nano là 1 mM, thời gian khuấy là 24 giờ ở nhiệt độ phòng. Hạt nano thu được có kích thước trung bình là 83,6 nm, phổ FTIR cho thấy các nhóm chất như rượu, phenol, ankyl halogenua và ankyn có thể đóng vai trò khử và ổn định cho nano bạc. Nội dung 3. Ứng dụng chế phẩm vào bảo quản thực phẩm Ứng dụng cao chiết và sản phẩm sấy phun để bảo quản cá basa lạnh đông và lạnh thường, các chỉ số của cá basa được theo dõi bao gồm pH, PV, TBARS, APC. Kết quả cho thấy các mẫu sử dụng cao chiết và sản phẩm sấy phun đều có hiệu quả cao hơn so với mẫu đối chứng âm. Các kết quả nghiên cứu cho thấy việc khai thác polyphenol từ húng lũi, tạo chế phẩm và ứng dụng vào thực phẩm hoàn toàn khả thi, nó giúp cung cấp thêm một giải pháp bảo quản thực phẩm an toàn đồng thời nâng cao giá trị của cây húng lũi. v
ABSTRACT Polyphenols are compounds containing one or more aromatic rings with one or more hydroxyl groups (-OH), they are found in all parts of plants, and are common ingredients in agricultural products. Polyphenols are known compounds with high biological activities such as anti-oxidation, anti-microbial, anti-inflammatory properties.... Extraction of polyphenols from plants has been researched a lot recently, however, Extraction of polyphenols from Mentha aqutica Linn. var. crispa and testing biological activity of the extract has not been done. Mentha aquatica Linn. var. crispa is widely grown in Vietnam, but sometimes it is not harvested because of price and consumption issues. In Vietnam, research on Mentha aquatica L. mainly focuses on essential oil extraction, if polyphenols are extracted next to the essential oil extraction process and applied to food preservation, it not only increase the economic value of the Mentha aquatica L. but also, it can provide a solution to preserve food natural and safety. In this study we work with 3 main contents. 1. Extraction of polyphenols from Mentha aqutica Linn. var. crispa This study establishes methods for extracting polyphenols from Mentha aqutica L. such as maceration extraction, ultrasound-assisted maceration extraction and enzym- assisted maceration extraction method. Optimized extraction according to the Box - Behnken model to obtain the extract with the highest total polyphenols (TPC) and antioxidant activity (AA) of the extract. The results have shown that acetone at a concentration of 50%, at a ratio of 1:20 (w/v), extraction time of 2 h and a temperature of 40 °C give the highest values of TPC and AA. 2. Manufacturing of preparations and evaluation of biological activity Manufacturing of extracts from Mentha aquatica L. is carried out by maceration extraction method with acetone at a concentration of 50%, at a ratio of 1:20 (w/v), extraction time of 2 h and a temperature of 40 °C. Determination of TPC, antioxidant activity according to DPPH, ABTS and FRAP, and antibacterial ability according to vi
MIC method on 4 bacterial strains E. coli – ATCC 25922, S. enteritidis – ATCC 13076, S. aureus – ATCC 25923 , and B. subtilis – ATCC 25924. The results obtained were TPC of 247.25±0.71mg GAE/g dw, AA according to DPPH, ABTS and FRAP respectively was 419.59±0.52 µmol TE/g dw; 711.17±0.82 µmol TE/g dw and 1018.47±3.27 µmol Fe2+/g dw. The process of isolating and determining the structure of the compounds in the extract has isolated 6 substances including: cis-p-menth-3- ene-1,2,8-triol; trans-p-menth-3-ene-1,2,8-triol; p-mentha-3,8-dien-1-ol; p-coumaric acid; gallic acid; methyl--D galactopyranoside. In the study of microencapsulation using spray drying technique, we investigated effects of temperature, carrier type and carrier concentration on EY, TPC, AA and antibacterial activity of obtained product. Results showed that spray drying at 150 °C and 15 % GA or MD concentration gave the best microencapsulation efficiency In research synthesis silver nanoparticles, the best concentration of AgNO3 to create nanoparticles has been determined to be 1 mM, stirring time of 24 hours at room temperature. The nanoparticles obtained have an average size of 83.6 nm. The FTIR spectra indicated that functional groups such as alcohols, phenols, alkyl halides, and alkynes could act as reducing and stabilising agents for AgNPs. 3. Application of preparations in food preservation Applying extracts and spray drying products to preserve frozen and cooling basa fish, Determined pH, PV, TBARS, APC during storage. The results showed that samples using extract and spray-dried products were more effective than the negative control sample. The results show that extraction polyphenols from Mentha aquatica L., manufacturing products and applying them to food preservation is completely feasible. It helps provide an additional safe food preservation solution and increase the value of Mentha aquatica L. vii
MỤC LỤC MỞ ĐẦU .......................................................................................................................... 1 CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN ........................................................................................... 5 1.1 Polyphenol .............................................................................................................. 5 1.1.1 Khái niệm – phân loại polyphenol ..................................................................... 5 1.1.2 Hoạt tính sinh học của polyphenol..................................................................... 7 1.1.2.1 Hoạt tính chống oxi hóa của polyphenol ..................................................... 8 1.1.2.2 Hoạt tính chống vi sinh vật .......................................................................... 8 1.1.2.3 Các hoạt tính khác ...................................................................................... 10 1.2 Trích ly polyphenol từ thực vật .......................................................................... 11 1.2.1 Khái niệm – phân loại ...................................................................................... 11 1.2.2 Các phương pháp trích ly ................................................................................. 12 1.2.2.1 Phương pháp trích ly truyền thống............................................................. 12 1.2.2.2 Phương pháp hiện đại ................................................................................. 13 1.2.3 Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình trích ly polyphenol ................................. 15 1.2.3.1 Ảnh hưởng của dung môi ........................................................................... 15 1.2.3.2 Ảnh hưởng của pH ..................................................................................... 16 1.2.3.3 Ảnh hưởng của nhiệt độ ............................................................................. 16 1.2.3.4 Ảnh hưởng của thời gian trích ly ............................................................... 17 1.2.3.5 Ảnh hưởng của tỷ lệ nguyên liệu/ dung môi .............................................. 17 1.2.3.6 Ảnh hưởng của nguyên liệu ....................................................................... 18 1.3 Sản xuất chế phẩm vi bao polyphenol bằng kỹ thuật sấy phun ...................... 18 1.3.1 Khái niệm – Phân loại phương pháp vi bao ..................................................... 18 1.3.2 Công nghệ sấy phun tạo sản phẩm vi bao ........................................................ 19 1.3.3.1 Khái niệm sấy phun và ứng dụng sấy phun trong vi bao ........................... 19 1.3.2.2 Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình vi bao bằng sấy phun ....................... 20 1.3.2.3 Một số hạn chế khi áp dụng sấy phun trong quá trình vi bao .................... 21 1.3.3 Các cơ chế giải phóng chất vi bao ................................................................... 22 viii
1.3.4 Ứng dụng của vi bao trong công nghệ thực phẩm ........................................... 23 1.4 Tổng hợp xanh nano Ag ...................................................................................... 23 1.4.1 Khái niệm – phân loại ...................................................................................... 23 1.4.2 Các phương pháp tạo nano ............................................................................... 24 1.4.3 Tổng hợp xanh nano Ag................................................................................... 24 1.4.3.1 Tổng hợp nano với tác nhân khử từ Tảo .................................................... 24 1.4.4.2 Tổng hợp nano với tác nhân khử từ Nấm .................................................. 25 1.4.4.3 Tổng hợp nano với tác nhân khử từ Vi khuẩn ........................................... 25 1.4.4.4 Tổng hợp nano với tác nhân khử từ dịch chiết thực vật............................. 26 1.4.5 Đặc tính kháng khuẩn của nano Ag tổng hợp từ dịch chiết thực vật ............... 27 1.5 Húng lũi ................................................................................................................ 29 1.5.1 Các đặc tính thực vật và ứng dụng của cây húng lũi ....................................... 29 1.5.2 Các thành phần hoạt chất trong cây húng lũi ................................................... 31 1.5.2.1 Polyphenol.................................................................................................. 31 1.5.2.2 Tinh dầu ..................................................................................................... 32 1.5.3 Hoạt tính sinh học của cây húng lũi ................................................................. 33 CHƯƠNG 2 NGUYÊN LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU .................... 35 2.1 Nguyên liệu ........................................................................................................... 35 2.2 Phương pháp nghiên cứu .................................................................................... 36 2.2.1 Nội dung 1. Trích ly polyphenol từ húng lũi ................................................... 37 2.2.1.1 Bố trí thí nghiệm trích ly theo phương pháp ngâm chiết ........................... 37 2.2.1.2 Bố trí thí nghiệm trích ly theo phương pháp có hỗ trợ siêu âm ................. 37 2.2.1.3 Bố trí thí nghiệm trích ly theo phương pháp có hỗ trợ enzym ................... 37 2.2.1.4 Bố trí thí nghiệm tối ưu hóa ....................................................................... 38 2.2.2. Nội dung 2. Sản xuất chế phẩm và đánh giá hoạt tính sinh học ..................... 39 2.2.2.1 Xác định hoạt tính sinh học và thành phần của cao chiết .......................... 39 2.2.2.2 Vi bao bằng kỹ thuật sấy phun ................................................................... 40 2.2.2.3 Bố trí thí nghiệm xác định hạn sử dụng (shelflife) của cao chiết và chế phẩm vi bao bằng sấy phun ...................................................................................................... 41 ix
2.2.2.4 Bố trí thí nghiệm quá trình tổng hợp nano bạc .......................................... 41 2.2.3 Nội dung 3. Bước đầu ứng dụng các chế phẩm trong bảo quản thực phẩm .... 42 2.2.3.1 Ứng dụng cao chiết và sản phẩm sấy phun bảo quản cá basa đông lạnh... 42 2.2.3.2 Ứng dụng cao chiết và sản phẩm sấy phun bảo quản lạnh cá basa............ 44 2.3 Các phương pháp phân tích ............................................................................... 44 2.3.1 Xác định hàm lượng polyphenol tổng.............................................................. 44 2.3.2 Xác định khả năng kháng oxy hóa theo DPPH ................................................ 44 2.3.3 Xác định khả năng kháng oxy hóa theo ABTS ................................................ 45 2.3.4 Xác định khả năng kháng oxy hóa theo FRAP ................................................ 45 2.3.5 Xác định khả năng kháng khuẩn theo phương pháp khuếch tán đĩa thạch ...... 45 2.3.6 Xác định nồng độ ức chế tối thiểu MIC (Minimum inhibitory concentration) theo phương pháp pha loãng ..................................................................................... 46 2.3.7 Xác định chỉ số PV........................................................................................... 46 2.3.8 Xác định chỉ số TBARS ................................................................................... 46 2.3.9 Xác định tổng số vi sinh vật trong mẫu ........................................................... 47 2.3.10 Các phương pháp phân tích và đo đạc khác................................................... 47 2.4 Xử lý số liệu .......................................................................................................... 48 CHƯƠNG 3 KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ BÀN LUẬN ....................................... 49 3.1 Nội dung 1. Trích ly polyphenol từ húng lũi ..................................................... 49 3.1.1 Trích ly bằng phương pháp ngâm chiết ........................................................... 49 3.1.1.1 Ảnh hưởng của loại dung môi .................................................................... 49 3.1.1.2 Ảnh hưởng của nồng độ dung môi ............................................................. 50 3.1.1.3 Ảnh hưởng của tỉ lệ dung môi.................................................................... 52 3.1.1.4 Ảnh hưởng của nhiệt độ trích ly ................................................................ 53 3.1.1.5 Ảnh hưởng của thời gian trích ly ............................................................... 54 3.1.2. Trích ly có hỗ trợ siêu âm ............................................................................... 55 3.1.2.1. Ảnh hưởng của nồng độ dung môi ............................................................ 55 3.1.2.2 Ảnh hưởng của tỉ lệ dung môi.................................................................... 57 3.1.2.3 Ảnh hưởng của nhiệt độ trích ly ................................................................ 58 x
3.1.2.4 Ảnh hưởng của thời gian siêu âm đến TPC và AA của dịch chiết ............ 59 3.1.3. Trích ly có hỗ trợ enzym ................................................................................. 61 3.1.3.1. Ảnh hưởng pH tiền xử lý enzym ............................................................... 61 3.1.3.2 Ảnh hưởng của nồng độ enzym tiền xử lý ................................................. 62 3.1.3.3 Ảnh hưởng của nhiệt độ tiền xử lý enzym ................................................. 63 3.1.3.4 Ảnh hưởng của thời gian tiền xử lý enzym ................................................ 64 3.1.4. Tối ưu hóa quá trình trích ly ........................................................................... 66 3.1.4.1 Ảnh hưởng của các yếu tố thí nghiệm lên hàm lượng TPC ....................... 67 3.1.4.2 Ảnh hưởng của các yếu tố thí nghiệm đến khả năng kháng oxy hóa theo DPPH .............................................................................................................................. 68 3.1.4.3 Ảnh hưởng của các yếu tố thí nghiệm đến khả năng kháng oxy hóa theo ABTS .............................................................................................................................. 70 3.1.4.4 Ảnh hưởng của các yếu tố thí nghiệm đến khả năng kháng oxy hóa theo FRAP .............................................................................................................................. 71 3.1.4.5 Kết quả dự đoán các thông số tối ưu của mô hình tối ưu hóa quá trình trích ly ..................................................................................................................................... 72 3.2 Nội dung 2. Sản xuất chế phẩm và đánh giá hoạt tính sinh học ..................... 73 3.2.1 Hoạt tính sinh học và thành phần của cao chiết ............................................... 73 3.2.1.1 Hoạt tính sinh học ...................................................................................... 73 3.2.1.2 Trích ly phân đoạn và phân lập các hợp chất từ cao chiết húng lũi ........... 74 3.2.1.3 Cấu trúc và định danh các chất phân lập được từ cao chiết ....................... 82 3.2.2 Vi bao cao chiết húng lũi bằng kỹ thuật sấy phun ........................................... 93 3.2.2.1 Một số tính chất của nguyên liệu ban đầu.................................................. 93 3.2.2.2 Ảnh hưởng của nhiệt độ sấy và hàm lượng gum Arabic đến hiệu suất thu hồi, TPC và AA của chế phẩm thu được ............................................................................... 94 3.2.2.3 Ảnh hưởng của nhiệt độ sấy và hàm lượng malto dextrin đến hiệu suất thu hồi, TPC và AA của chế phẩm thu được ........................................................................ 96 3.2.2.4 Hoạt tình kháng oxy hóa và kháng khuẩn của sản phẩm sấy phun ........... 98 xi
3.2.3 Thời hạn sử dụng (shelf – life) của cao chiết và sản phẩm sấy phun theo TPC và DPPH ...................................................................................................................... 102 4.2.3.1 Thời hạn sử dụng (shelf – life) của cao chiết ........................................... 102 3.2.3.2 Thời hạn sử dụng (shelf – life) của sản phẩm sấy phun với chất mang là GA (GA-E) và chất mang MD (MD-E) .............................................................................. 104 3.2.3.3 Kiểm chứng mô hình shelf – life.............................................................. 107 3.2.4 Tổng hợp nano bạc từ dịch chiết húng lũi ..................................................... 109 3.2.4.1 Quá trình tổng hợp nano bạc .................................................................... 109 3.2.4.2 Ảnh hưởng của nồng độ bạc nitrat đến việc tổng hợp nano bạc .............. 109 3.2.4.3 Hoạt tính kháng khuẩn và kháng oxy hóa, hình thái và kích thước của nano bạc thu được.................................................................................................................. 114 3.3 Nội dung 3: Ứng dụng các chế phẩm trong bảo quản thực phẩm ................ 116 3.3.1 Ứng dụng cao chiết và sản phẩm sấy phun vào bảo quản cá basa đông lạnh 116 3.3.2 Ứng dụng cao chiết và sản phẩm sấy phun trong bảo quản lạnh cá basa ...... 120 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ .................................................................................... 125 Kết luận..................................................................................................................... 125 Kiến nghị................................................................................................................... 127 DANH MỤC CÔNG TRÌNH CÔNG BỐ CỦA TÁC GIẢ ..................................... 128 TÀI LIỆU THAM KHẢO.......................................................................................... 129 xii
DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT AA : Antioxidant activity ABTS : 2,2′-azino-bis-3-ethylbenzthiazoline-6-sulphonic acid B. subtilis : Bacillus subtilis ck : chất khô DLS : dynamic light scattering DMSO : Dimetyl Sulphoxide DPPH : 1,1-diphenyl-2-picryl-hydrazyl EAE : Enzym-assisted extraction E. coli :Escherichia coli EY : Hiệu suất vi bao (Microencapsulation yield) FTIR : Fourier transform-infrared GAE : gallic acid equivalents GA-E : sản phẩm sấy phun với chất mang là gum arabic IC50 – ABTS : khả năng bắt 50% gốc tự do ABTS IC50 – DPPH : khả năng bắt 50% gốc tự do DPPH MD-E : sản phẩm sấy phun với chất mang là malto dextrin MIC : Minimum inhibitory concentration NMR : Cộng hưởng từ hạt nhân (Nuclear magnetic resonance) S. aureus : Staphylococcus aureus SEM : scanning electron microscope SKC : Sắc ký cột TCL : Sắc ký bản mỏng S. enteritidis : Samonella enteritidis TCL : Sắc ký bản mỏng TE : Trolox equivalents TPC : polyphenols tổng số UAE : Ultrasonic-assisted extraction xiii
DANH MỤC HÌNH Hình 1.1 Các cấu trúc cơ bản của hạt vi bao. ................................................................. 18 Hình 1.3 Ảnh đại diện thân và lá của cây húng lũi (Mentha aquatica Linn. var. crispa)30 Hình 2.1 Sơ đồ tổng quát các nội dung nghiên cứu ....................................................... 36 Thí nghiệm khảo sát ảnh hưởng của các chất bảo quản khác nhau đến chất lượng cá basa bảo quản đông lạnh được thực hiện theo sơ đồ ở Hình 2.2 ............................................ 42 Hình 2.2 Sơ đồ bố trí thí nghiệm ảnh hưởng của các chất bổ sung đến thời gian bảo quản cá basa ở -18oC ............................................................................................................... 43 Hình 3.1 Ảnh hưởng của loại dung môi đến TPC và AA của dịch chiết ....................... 49 Hình 3.2 Ảnh hưởng nồng độ dung môi acetone đến TPC và AA của dịch chiết ......... 51 Hình 3.3 Ảnh hưởng của tỷ lệ nguyên liệu/dung môi đến TPC và AA của dịch chiết .. 52 Hình 3.4 Ảnh hưởng của nhiệt độ trích ly đến TPC và AA của dịch chiết .................... 53 Hình 3.5 Ảnh hưởng của thời gian trích ly đến TPC và AA của dịch chiết ................... 55 Hình 3.6 Ảnh hưởng nồng độ dung môi đến TPC và AA của dịch chiết ....................... 56 Hình 3.7 Ảnh hưởng của tỷ lệ nguyên liệu/dung môi đến TPC và AA của dịch chiết .. 57 Hình 3.8 Ảnh hưởng của nhiệt độ trích ly đến TPC và AA của dịch chiết .................... 58 Hình 3.9 Ảnh hưởng của thời gian siêu âm đến TPC và AA của dịch chiết .................. 60 Hình 3.10 Ảnh hưởng pH tiền xử lý enzym đến TPC và AA của dịch chiết ................. 61 Hình 3.11 Ảnh hưởng của nồng độ enzym đến TPC và AA của dịch chiết ................... 62 Hình 3.12 Ảnh hưởng của nhiệt độ tiền xử lý enzym đến TPC và AA của dịch chiết .. 64 Hình 3.13 Ảnh hưởng của thời gian tiền xử lý enzym đến TPC và AA của dịch chiết . 65 Hình 3.14 Đồ thị 3D và đường đồng mức của hàm lượng TPC thu được ảnh hưởng bởi nhiệt độ và thời gian trích ly ........................................................................................... 68 Hình 3.15 Đồ thị 3D và đường đồng mức của khả năng kháng oxy hóa theo DPPH ảnh hưởng bởi nhiệt độ và thời gian trích ly ......................................................................... 69 Hình 3.16 Đồ thị 3D và đường đồng mức của khả năng kháng oxy hóa theo ABTS ảnh hưởng bởi nhiệt độ và thời gian trích ly ......................................................................... 70 xiv
Hình 3.17 Đồ thị 3D và đường đồng mức của khả năng kháng oxy hóa theo FRAP ảnh hưởng bởi nhiệt độ và thời gian trích ly ......................................................................... 71 Hình 3.18 Kết quả dự đoán các thông số tối ưu của mô hình ........................................ 72 Hình 3.19 Sơ đồ điều chế và khối lượng các loại cao thu được từ cây Húng lũi ........... 75 Quá trình phân lập và kết quả được thể hiện theo sơ đồ ở Hình 3.20. ........................... 75 Hình 3.20 Quy trình phân lập các hợp chất từ cao ethyl acetate (145,3 g) .................... 76 Hình 3.21 Cấu trúc hợp chất MA1 và tương quan HMBC ............................................ 84 Hình 3.22 Cấu trúc hợp chất MA2 và tương quan HMBC ............................................ 86 Hình 3.23 Cấu trúc hợp chất MA3 và tương quan HMBC ............................................ 88 Hình 3.24 Cấu trúc hợp chất MA4 ................................................................................. 90 Hình 3.25 Cấu trúc hợp chất MA6 ................................................................................. 92 Hình 3.26 Kết quả SEM và DLS của sản phẩm vi bao ................................................ 101 Hình 3.27 Mức độ giảm của TPC theo thời gian bảo quản cao chiết........................... 103 Hình 3.28 Mức độ giảm của DPPH theo thời gian bảo quản cao chiết ........................ 103 Hình 3.29 Mức độ giảm của TPC theo thời gian bảo quản GA – E ở 50 và 60oC ....... 104 Hình 3.30 Mức độ giảm của DPPH theo thời gian bảo quản GA – E ở 50 và 60oC .... 105 Hình 3.31 Mức độ giảm của TPC theo thời gian bảo quản MD – E ở 50 và 60oC ...... 106 Hình 3.32 Mức độ giảm của DPPH theo thời gian bảo quản MD – E ở 50 và 60oC ... 107 Hình 3 33 Sự thay đổi màu trong quá trình tổng hợp nano bạc ................................... 109 Hình 3.34 Phổ UV-vis của nano bạc được tổng hợp với các nồng độ AgNO3 khác nhau ...................................................................................................................................... 110 Hình 3.35 DLS của nano bạc tổng hợp từ các nồng độ AgNO3 khác nhau ................. 111 Hình 3.36 Phổ FTIR của nano bạc tổng hợp bằng dịch chiết húng lũi ........................ 112 Hình 3.37 Khả năng kháng khuẩn của các mẫu trên các loại vi khuẩn thí nghiệm ..... 113 Hình 3.38 DLS và SEM của nano Ag tổng hợp từ húng lũi ........................................ 115 Hình 3.39 Ảnh hưởng của các chất bổ sung đến sự thay đổi pH của các mẫu cá basa trong thời gian bảo quản lạnh đông (-18oC) .......................................................................... 116 Hình 3.40 Ảnh hưởng của các chất bổ sung đến sự thay đổi giá trị pV của các mẫu cá basa trong thời gian bảo quản lạnh đông (-18oC) ......................................................... 117 xv
Hình 3.41 Ảnh hưởng của các chất bổ sung đến sự thay đổi giá trị TBARS của các mẫu cá basa trong thời gian bảo quản lạnh đông (-18oC) .................................................... 118 Hình 3.42 Ảnh hưởng của các chất bổ sung đến sự thay đổi giá trị APC của các mẫu cá basa trong thời gian bảo quản lạnh đông (-18oC) ......................................................... 119 Hình 3.43 Ảnh hưởng của các chất bổ sung đến sự thay đổi giá trị pH của các mẫu cá basa bảo quản lạnh đông (4oC) ..................................................................................... 120 Hình 3.44 Ảnh hưởng của các chất bổ sung đến sự thay đổi giá trị pV của các mẫu cá basa bảo quản lạnh đông (4oC) ..................................................................................... 121 Hình 3.45 Ảnh hưởng của các chất bổ sung đến sự thay đổi giá trị TBARS của các mẫu cá basa bảo quản lạnh (4oC) ......................................................................................... 122 Hình 3.46 Ảnh hưởng của các chất bổ sung đến sự thay đổi giá trị APC của các mẫu cá basa bảo quản lạnh đông (4oC) ..................................................................................... 124 xvi
DANH MỤC BẢNG Bảng 1.1 Phân loại polyphenol theo số nguyên tử cacbon ............................................... 5 Bảng 1.2 Phân loại polyphenol theo các lớp chất ............................................................. 6 Bảng 1.3 Khả năng kháng khuẩn của một số polyphenol................................................. 9 Bảng 1.4 Khả năng hòa tan các nhóm polyphenol của các dung môi thông dụng ......... 16 Bảng 1.5 Sử dụng dịch chiết các bộ phận khác nhau của cây để tổng hợp nano Ag ..... 27 Bảng 1.6 Tổng hợp nano Ag bằng dịch chiết từ các bộ phận khác nhau của cây và hoạt tính kháng khuẩn của nano Ag thu được ........................................................................ 29 Bảng 1.7 Các ứng dụng của húng lũi .............................................................................. 31 Bảng 1.8 Thành phần polyphenol trong chi Mentha ...................................................... 32 Bảng 2.1 Các hóa chất và vật liệu khác dùng trong nghiên cứu ..................................... 35 Bảng 2.2 Dụng cụ và thiết bị sử dụng trong nghiên cứu ................................................ 36 Bảng 2.3 Ma trận thực nghiệm thiết kế theo mô hình Box - Behnken ........................... 38 Bảng 3.1 Kết quả TPC và hoạt tính kháng oxy hóa của dịch trích theo các phương pháp trích ly khác nhau. ........................................................................................................... 66 Bảng 3.2 Ma trận thực nghiệm thiết kế theo mô hình Box - Behnken và kết quả.......... 67 Bảng 3.3 Kết quả so sánh số liệu dự đoán theo mô hình và thực nghiệm ...................... 73 Bảng 3.4 Hàm ẩm TPC, hoạt tính chống oxy hóa theo DPPH, ABTS, FRAP và hoạt tính kháng khuẩn của cao chiết .............................................................................................. 74 Bảng 3.5 Kết quả sắc ký cột silica gel cao EA (145,3 g) ............................................... 77 Bảng 3.6 Kết quả SKC silica gel phân đoạn E2 ............................................................. 78 Bảng 3.7 Kết quả SKC silica gel phân đoạn E2.3 .......................................................... 78 Bảng 3.8 Kết quả SKC silica gel phân đoạn E2.5 .......................................................... 79 Bảng 3.9 Kết quả SKC phân đoạn E4 ............................................................................. 79 Bảng 3.10 Kết quả SKC silica gel phân đoạn E4.3 ........................................................ 80 Bảng 3.11 Kết quả SKC silica gel phân đoạn E4.4 ........................................................ 80 Bảng 3.12 Kết quả SKC silica gel phân đoạn E6 ........................................................... 81 Bảng 3.13 Kết quả SKC silica gel phân đoạn E6.3 ........................................................ 81 Bảng 3.14 Kết quả phân lập định danh các chất trong cao chiết húng lũi ...................... 82 Bảng 3.15 Dữ liệu phổ NMR của MA1 .......................................................................... 84 Bảng 3.16 Dữ liệu phổ NMR của MA2 .......................................................................... 86 xvii
Bảng 3.17 Dữ liệu phổ NMR của MA3 .......................................................................... 89 Bảng 3.18 Dữ liệu phổ NMR của MA4 .......................................................................... 90 Bảng 3.19 Dữ liệu phổ NMR của MA5 .......................................................................... 91 Bảng 3.20 Dữ liệu phổ NMR của MA6 .......................................................................... 93 Bảng 3.21 Hàm ẩm, TPC, và hoạt tính chống oxy hóa theo DPPH, ABTS, FRAP của các nguyên liệu ban đầu ........................................................................................................ 93 Bảng 3.22 Hàm ẩm, EY, TPC và AA theo DPPH, ABTS và FRAP của sản phẩm sấy phun sử dụng chất mang gum Arabic (GA) ở các nồng độ khác nhau ........................... 94 Bảng 3.23 Hàm ẩm, EY, TPC và AA theo DPPH, ABTS và FRAP của sản phẩm sấy phun sử dụng chất mang malto dextrin (MD) ở các nồng độ khác nhau ........................ 96 Bảng 3.24 Hoạt tính kháng oxy hóa theo DPPH và ABTS của cao chiết và sản phẩm vi bao ................................................................................................................................... 98 Bảng 3.25 Hoạt tính kháng khuẩn theo MIC của cao chiết và sản phẩm vi bao ............ 98 Bảng 3.26 Kết quả kiểm chứng mô hình Q10 ở nhiệt độ bảo quản 30oC..................... 108 Bảng 3.28 Ảnh hưởng của nồng độ AgNO3 đến kích thước hạt nano thu được .......... 110 Bảng 3.29 Hoạt tính kháng khuẩn và kháng oxy hóa của nano bạc ............................. 114 xviii
MỞ ĐẦU Việt Nam là một nước nhiệt đới với nhiều loại cây trồng đa dạng, đặc biệt là các loại cây gia vị, thảo mộc, nhiều loại gia vị được trồng quanh năm. Tuy nhiên một số thời điểm trong năm không thu hoạch được do giá thấp, việc sử dụng hiệu quả các sản phẩm nông nghiệp không những giảm thiệt hại mà còn mang lại lợi ích kinh tế cao cũng như giảm thiểu những vấn đề về môi trường. Các nguyên liệu thực vật được biết đến với hàm lượng cao các chất chuyển hóa thứ cấp như các hợp chất polyphenol, đây là nhóm chất có hoạt tính kháng oxy hóa và kháng vi sinh vật. Ngoài ra việc tiêu thụ polyphenol tự nhiên có liên quan đến việc giảm nguy cơ mắc một số bệnh như bệnh tim mạch, Alzheimer, tiểu đường, đột quỵ và những bệnh mà nguyên nhân có liên quan đến quá trình oxy hóa và các gốc tự do trong cơ thể như ung thư (Adefegha và ctv, 2022). Bên cạnh đó vấn đề làm dụng hóa chất trong bảo quản và chế biến thực phẩm rất được quan tâm. Nhu cầu tìm ra các chất bảo quản tự nhiên, an toàn ngày càng cấp thiết, đây là chủ đề luôn thu hút các nhà nghiên cứu và nhà đầu tư. Húng lũi (Mentha aquatica Linn. var. Crispa) được sử dụng phổ biến ở Việt Nam và các nước khác ở Châu Á. Nó được sử dụng như cây gia vị trong các món ăn hoặc ăn tươi. Các nghiên cứu về hoạt tính sinh học như khả năng kháng oxy hóa và kháng vi sinh vật đã được thực hiện nhiều trên những cây thuộc chi Metha cho thấy kết quả rất khả quan. Thạch và ctv (2013) nghiên cứu thành phần tinh dầu từ cây húng lũi ở Việt Nam, Morteza-Semnani và ctv (2006) xác định các thành phần trong tinh dầu húng lũi ở Iran, bên cạnh đó Jerković và Mastelić (2001) nghiên cứu thành phần tinh dầu tự do và liên kết với glycosid của húng lũi ở Croatia. Ngoài ra Dorman và ctv (2003), Pérez và ctv (2014) đã nghiên cứu hoạt tính kháng oxy hóa của các cây thuộc chi Mentha. Triantaphyllou và ctv (2001) đã khảo sát hoạt tính kháng oxy hóa của các cây thuộc họ Lamiaceae trong đó có chi Mentha. Bên cạnh đó Voirin và ctv (1999) cũng đã nghiên cứu thành phần flavonoid trong húng lũi. Cho đến hiện nay việc trích ly polyphenol từ húng lũi, xác định các thành phần trong dịch trích polyphenol từ húng lũi và ứng dụng dịch trích này chưa được thực hiện một cách đầy đủ. Thêm vào đó với hoạt tính polyphenol đã biết, việc trích ly, 1
tạo ra chế phẩm và ứng dụng trong sản xuất thực phẩm có thể mang đến một giải pháp đầy tiềm năng nhằm đảm bảo an toàn thực phẩm, hạn chế sử dụng các chất bảo quản nhân tạo quá nhiều như hiện nay. Cây húng lũi thích hợp với khí hậu và điều kiện canh tác ở nhiều vùng trên cả nước, là một nguyên liệu dồi dào, tuy nhiên việc nghiên cứu về cây này chủ yếu ở khía cạnh nghiên cứu và ứng dụng tinh dầu của chúng, nếu nghiên cứu tách chiết thành công polyphenol sau khi thu nhận tinh dầu sẽ mang lại hiệu quả cao trong việc khai thác cây này. Vì vậy đề tài ”Trích ly và thu nhận dịch chiết giàu polyphenol từ húng lũi (Mentha aquatica Linn. var. crispa) và thử nghiệm ứng dụng trong bảo quản thực phẩm” được thực hiện nhằm tăng giá trị kinh tế của cây húng lũi đồng thời góp phần giải quyết vấn đề bảo quản thực phẩm bằng các chất bảo quản tự nhiên không độc hại. Mục tiêu nghiên cứu Mục tiêu đề tài là trích ly và thu dịch chiết giàu polyphenol từ húng lũi, tạo chế phẩm và đánh giá hoạt tính của dịch trích ly cũng như chế phẩm thu được. Với mục tiêu đó các mục tiêu cụ thể được thực hiện bao gồm: Tìm được các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình trích ly polyphenol từ húng lũi bằng phương pháp ngâm chiết truyền thống và phương pháp ngâm chiết có hỗ trợ enzym hoặc siêu âm, từ đó xác định được các thông số tối ưu của quá trình trích ly. Sản xuất các chế phẩm (chế phẩm cao chiết từ húng lũi, chế phẩm vi bao bằng phương pháp sấy phun, chế phẩm nano bạc) từ dịch trích ly húng lũi. Đánh giá hoạt tính sinh học của các chế phẩm và xác định thành phần cao chiết thu được, từ đó ứng dụng các chế phẩm vào bảo quản thực phẩm. Nội dung nghiên cứu Nội dung 1. Trích ly polyphenol từ húng lũi (1) Khảo sát các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình trích ly polyphenol từ húng lũi (Mentha aquatica Linn. var. crispa) bằng phương pháp ngâm chiết truyền thống và phương pháp ngâm chiết có hỗ trợ enzym hoặc siêu âm. (2) Tối ưu hóa quá trình trích ly polyphenol từ húng lũi bằng phương pháp đáp ứng bề mặt với mô hình Box – Behnken Nội dung 2. Sản xuất chế phẩm và đánh giá hoạt tính sinh học 2