Luận án Tiến sĩ Công nghệ thực phẩm: Ứng dụng các kỹ thuật lên men, xử lý nhiệt và nano trong chế biến và nâng cao giá trị các chất có hoạt tính sinh học trong tỏi

Chia sẻ: Nhiên Hà | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:222

Thêm vào BST

Báo xấu

52
lượt xem 11
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Luận án với mục tiêu nâng cao và cải thiện sinh khả dụng của các chất có hoạt tính sinh học trong tỏi thông qua quy trình chế biến sản phẩm tỏi (tỏi đen và tỏi len men lactic) và công nghệ nano.

Chủ đề:

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

Lưu

Nội dung Text: Luận án Tiến sĩ Công nghệ thực phẩm: Ứng dụng các kỹ thuật lên men, xử lý nhiệt và nano trong chế biến và nâng cao giá trị các chất có hoạt tính sinh học trong tỏi

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC CẦN THƠ NGUYỄN ÁI THẠCH ỨNG DỤNG CÁC KỸ THUẬT LÊN MEN, XỬ LÝ NHIỆT VÀ NANO TRONG CHẾ BIẾN VÀ NÂNG CAO GIÁ TRỊ CÁC CHẤT CÓ HOẠT TÍNH SINH HỌC TRONG TỎI LUẬN ÁN TIẾN SĨ NGÀNH CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM MÃ NGÀNH 62540101 2020
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC CẦN THƠ NGUYỄN ÁI THẠCH ỨNG DỤNG CÁC KỸ THUẬT LÊN MEN, XỬ LÝ NHIỆT VÀ NANO TRONG CHẾ BIẾN VÀ NÂNG CAO GIÁ TRỊ CÁC CHẤT CÓ HOẠT TÍNH SINH HỌC TRONG TỎI LUẬN ÁN TIẾN SĨ NGÀNH CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM MÃ NGÀNH 62540101 NGƯỜI HƯỚNG DẪN PGs. Ts. NGUYỄN MINH THỦY Ts. HÀ PHƯƠNG THƯ 2020
LỜI CẢM TẠ Tôi xin chân thành cảm ơn PGs. Ts. Nguyễn Minh Thủy và Ts. Hà Phương Thư đã hướng dẫn tận tình; truyền đạt những kiến thức, kinh nghiệm quý báu; động viên và giúp đỡ tôi rất nhiều để tôi hoàn thành luận án tiến sĩ. Tôi xin thể hiện lòng biết ơn đến: Quý Thầy, Cô và các anh, chị, em nghiên cứu viên trong Bộ môn Công nghệ Thực phẩm, Khoa Nông nghiệp, Trường Đại học Cần Thơ đã truyền đạt kiến thức và quan tâm, giúp đỡ tôi trong quá trình học tập, nghiên cứu. Tập thể cán bộ Phòng Vật liệu Nano Y sinh, Viện Khoa học Vật liệu; Phòng Hóa sinh Ứng dụng, Phòng Hoạt chất Sinh học, Phòng Nghiên cứu các hợp chất thiên nhiên, Viện Hóa học; Phòng Công nghệ sinh học Enzyme, Viện Công nghệ Sinh học; Phòng Thiết bị dùng chung, Viện Kỹ thuật Nhiệt đới; Viện Hóa học các hợp chất thiên nhiên – Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam đã tạo điều kiện nghiên cứu, giúp đỡ và truyền đạt kiến thức cho tôi. Tập thể cán bộ Phòng nghiên cứu chuyên sâu, Trường Đại học Cần Thơ đã giúp đỡ tôi trong quá trình nghiên cứu. Các anh, chị, em và tập thể lớp Cao học Công nghệ sau thu hoạch K21 đã hỗ trợ tôi trong quá trình nghiên cứu. Tôi xin gửi lời cảm ơn đến: Ban giám hiệu Trường Đại học Cần Thơ; Ban giám hiệu Trường Đại học Tiền Giang; Lãnh đạo Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam; Ban chủ nhiệm Khoa Nông nghiệp; Lãnh đạo Viện Nghiên cứu và Phát triển Công nghệ Sinh học; Ban chủ nhiệm Khoa Sau đại học; Đã tạo điều kiện, giúp đỡ tôi trong suốt thời gian học tập và làm luận án. Ngoài ra, tôi xin gửi lời cảm ơn sâu sắc đến Ba Mẹ và người thân đã nuôi dạy và giúp đỡ, động viên tôi rất nhiều trong suốt quá trình học tập, nghiên cứu làm luận án. Trân trọng, Nguyễn Ái Thạch
TÓM TẮT Các sản phẩm chế biến từ tỏi (Allium sativum L.) có thể mở ra hướng sử dụng tỏi nhiều hơn để đáp ứng nhu cầu sức khỏe và phòng chống bệnh tật cho người sử dụng. Tỏi đen hoặc tỏi lên men thể hiện tác dụng chống oxy hóa mạnh mẽ và hương vị dịu hơn so với tỏi tươi. Bên cạnh đó, hội tụ của công nghệ nano với các công nghệ khác cũng sẽ tác động lớn đến sản xuất, chế biến và bảo quản tỏi. Vì vậy, nghiên cứu tác động của kỹ thuật chế biến, bảo quản, xây dựng các mô hình động học biến đổi các hoạt chất quan trọng trong các sản phẩm từ tỏi với công nghệ nano được ứng dụng nhằm duy trì và nâng cao chất lượng sản phẩm cho quá trình sử dụng ở mức độ cao và hiệu quả hơn. Củ tỏi được thu hoạch ở độ tuổi 130-135 ngày sau khi gieo có chất lượng cao nhất và cường độ hô hấp thấp. Nhiệt độ 0 oC cung cấp điều kiện tồn trữ tốt nhất đảm bảo chất lượng của củ tỏi đến 180 ngày tồn trữ trong bao bì vải lưới. Trong chế biến tỏi đen, cả hai biện pháp chần và lạnh đông tỏi nguyên củ đều cho hàm lượng các hợp chất sinh học cao hơn so với tỏi tươi. Thực hiện quá trình đông lạnh tỏi trong thời gian 36 giờ ở nhiệt độ -18 oC là biện pháp tiền xử lý hiệu quả cho hàm lượng các hợp chất sinh học và khả năng chống oxy hóa cao. Nhiệt độ 70oC tạo điều kiện thuận lợi cho quá trình chế biến tỏi đen, cụ thể hàm lượng polyphenol tăng 6,5 lần so với tỏi tươi. Các thông số tối ưu đạt được khi sấy tỏi đen ở nhiệt độ 58,78oC với thời gian 12,25 giờ. Ngoài ra, sản phẩm tỏi đen có khả năng tồn trữ tốt ở nhiệt độ mát (5oC) trong bao bì nhôm. Trong điều kiện này, hàm lượng các hợp chất sinh học trong sản phẩm được duy trì ở mức độ cao nhất. Trong chế biến tỏi lên men lactic, các tép tỏi được chần ở nhiệt độ 80oC trong 90 giây thể hiện sự tổn thất thấp nhất các hợp chất trên. Trong quá trình lên men acid lactic, hàm lượng polyphenol và flavonoid tổng số, hoạt tính chống oxy hóa của tỏi tăng lên đáng kể. Trong khi đó, hàm lượng thiosulfinate giảm dần sau 6 ngày lên men trong dung dịch có nồng độ muối NaCl 1% và mật độ vi khuẩn Lactobacillus plantarum 10 6 CFU/mL. Bên cạnh đó, sản phẩm tỏi lên men lactic vẫn duy trì được các hợp chất sinh học (polyphenol, flavonoid và thiosulfinate) và khả năng chống oxy hóa khi được bảo quản ở điều kiện nhệt độ 4-6 oC trong dung dịch lên men thanh trùng trong thời gian 2 tháng. i
Từ các kết quả đạt được (được đề cập phần trên) cho thấy tỏi đen là sản phẩm chứa nhiều hợp chất có hoạt tính sinh học hơn tỏi lên men lactic. Hệ nano tỏi đen được chế tạo bởi alginate có kích cỡ hạt trong khoảng 60-80 nm đo bằng kính hiển vi điện tử quét và phân bố trong nước với kích thước 109- 178 nm. Các hạt nano tỏi đen phân tán khá ổn định với điện thế zeta -11-22,5 mV và không có sự hình thành các hợp chất mới trong quá trình chế tạo hạt nano thông qua phổ chuyển đổi hồng ngoại Fourier. Hệ nano tỏi đen đều dương tính và có hoạt tính vượt trội so với tỏi đen trên tế bào ung thư biểu mô biểu bì miệng, tế bào ung thư gan, tế bào ung thư phổi, tế bào ung thư biểu mô thận khỉ, tế bào ung thư da và âm tính với tế bào ung thư vú. Trong khi đó, hệ nano tỏi đen đều thể hiện hoạt tính trên tất cả bảy dòng vi sinh vật thử nghiệm. Hệ nano tỏi đen có thể ức chế enzyme - glucosidase gây bệnh tiểu đường nhưng không có tác dụng đối với AChE gây bệnh Alzheimer. Ngoài ra, hạt nano tỏi đen sử dụng an toàn cho chuột ở liều sử dụng 250 mg/kg trọng lượng cơ thể và có khả năng hạ đường huyết ở chuột bệnh tiểu đường từ 421 xuống còn 195 mg/dL sau 21 ngày điều trị. Từ khóa: Chống oxy hóa, lão hóa, lên men, nano hóa, tỏi, tồn trữ. ii
SUMMARY The products made from garlic (Allium sativum L.) which might help to use more garlic for health promotion and disease prevention. Black garlic or lacto-fermented garlic has strong antioxidant and milder flavor than fresh garlic. Besides that, convergence of nanotechnology with other technologies also has a major impact on production, processing and preservation of garlic. Therefore, study the effect of processing techniques, preservation and construction of kinetic model to describe the bioactive compounds changes in garlic products with nanotechnology applications will be helpful to maintain and enhance quality products in order to use them efficiently. Raw garlic bulbs were harvested at 130-135 days after planting which had the highest quality and low respiration rate. The temperature at 0°C provides the best storage conditions for garlic quality up to 180 days during storage in mesh bag. For black garlic processing, both blanching and freezing treatments help to improve bioactive compounds than fresh garlic. Among the pretreatment conditions, frozen garlic at -18 oC for 36 hours had the greatest impact on the total phenolic content, flavonoid and antioxidant activities of garlic. These results indicated that freezing can promote the generation of functional materials. At 70oC, the total polyphenol content increased by about 6.5 times in black garlic than that in fresh garlic. The optimal drying was found at 58.78°C for 12.25 hours by means of response surface methodology. Moreover, black garlic has good storage capacity at low temperature (about 5oC) in aluminum packaging. In this condition, the content of bioactive compounds in which is maintained to the highest level. For lacto-fermented garlic processing, the obtained results showed that the minor losses in bioactive compounds were observed after blanching operation at 80 oC for 90 seconds. Pickled garlic processing with bacteria density of 106 CFU/mL after 6 days showed the highest polyphenol content than that with 10 5 and 107 CFU/mL. Besides, additional salt concentration also affects the polyphenol content. Pickled garlic in salt concentration solution of NaCl 1% and Lactobacillus plantarum density about 10 6 CFU/mL after 6 days of fermentation showed that phenolic and flavonoid contents and radical scavenging activity using DPPH method of garlic increased significantly while decreasing thiosulfinate content. In addition, lacto-fermented garlic still maintains bioactive compounds such as polyphenols, flavonoids and iii
thiosulfinates and antioxidant capacity when that was stored at 4-6°C in pasteurized fermentation solution for two months. The above results showed that black garlic is a product containing more bioactive compounds than pickled garlic. The black garlic nanoparticles produced by alginate polymer had a particle size of 60-80 nm using SEM and were distributed in water with particle size about 109-178 nm. Black garlic nanoparticles well dispersed stability with zeta potential about -11.0-22.5 mV. There were not new substances were formed during nanoparticles creating by using FT-IR. Black garlic nanoparticles system are positive for human oral cancer cells, liver cancer cells, lung cancer cells, monkey kidney cancer cells, skin cancer cells and negative for breast cancer cells. They showed inhibited activity on seven microorganism lines in this study. Black garlic nanoparticles may inhibit -glucosidase enzyme which is involved diabetic but not AChE that is involved Alzheimer's. Nanosize of black garlic systems were safety at doses of 250 mg/kg body weight and were hypoglycemic in the diabetic rats from 421 to 195 mg/dL after 21 days of treatment. Từ khóa: Aged, antioxidant, fermentation, garlic, nanoization, storage. iv
CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập – Tự do – Hạnh phúc ----------------------------------- LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan luận án này được thực hiện và hoàn thành dựa trên các kết quả nghiên cứu của tôi và những kết quả này chưa được sử dụng cho bất kỳ luận án cùng cấp nào. Cần Thơ, ngày……tháng……năm 2020 Cán bộ hướng dẫn chính Tác giả luận án (ký, ghi rõ họ tên) (ký, ghi rõ họ tên) Nguyễn Minh Thủy Nguyễn Ái Thạch Cán bộ hướng dẫn phụ (ký, ghi rõ họ tên) Hà Phương Thư v
MỤC LỤC TÓM TẮT............................................................................................................... i SUMMARY .......................................................................................................... iii DANH SÁCH BẢNG.............................................................................................ix DANH SÁCH HÌNH .............................................................................................xi DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT ..............................................................................xvi Chương 1: GIỚI THIỆU........................................................................................1 1.1 Đặt vấn đề ..........................................................................................................1 1.2 Mục tiêu nghiên cứu ...........................................................................................2 1.2.1 Mục tiêu chung................................................................................................2 1.2.2 Mục tiêu cụ thể................................................................................................3 1.3 Nội dung nghiên cứu ..........................................................................................3 1.3.1 Nội dung 1: Khảo sát sự thay đổi đặc tính lý học và hợp chất có hoạt tính sinh học của củ tỏi (Allium sativum L.) trong quá trình thuần thục và tồn trữ............3 1.3.2 Nội dung 2: Nâng cao các chất có hoạt tính sinh học trong củ tỏi thông qua quy trình chế biến sản phẩm tỏi đen và tỏi lên men lactic...................................3 1.3.3 Nội dung 3: Ứng dụng công nghệ nano nhằm cải thiện sinh khả dụng của các hợp chất sinh học từ sản phẩm tỏi đen ................................................................3 1.4 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu.......................................................................4 1.5 Ý nghĩa của luận án ............................................................................................4 1.5.1 Ý nghĩa khoa học.............................................................................................4 1.5.2 Ý nghĩa thực tế ................................................................................................4 1.6 Những điểm mới của luận án ..............................................................................5 Chương 2: TỔNG QUAN TÀI LIỆU ....................................................................6 2.1 Giới thiệu tổng quan ...........................................................................................6 2.1.1 Tổng quát về tỏi...............................................................................................6 2.1.2 Áp dụng các biện pháp xử lý nhiệt trong chế biến tỏi đen ..............................10 2.1.3 Chế biến theo phương pháp lên men lactic.....................................................12 2.1.4 Một số sản phẩm tỏi khác ..............................................................................14 2.1.5 Kỹ thuật nano trong công nghệ thực phẩm.....................................................15 2.2 Tình hình nghiên cứu trong và ngoài nước........................................................21 2.2.1 Các nghiên cứu liên quan đến điều kiện thu hoạch và tồn trữ củ tỏi sau thu hoạch................................................................................................................21 2.2.2 Các nghiên cứu nâng cao hoạt chất sinh học trong tỏi liên quan đến chế biến tỏi đen.............................................................................................................23 vi
2.2.3 Các nghiên cứu nâng cao hoạt chất sinh học trong tỏi liên quan đến chế biến tỏi lên men acid lactic .....................................................................................27 2.2.4 Các nghiên cứu tạo hạt nano mang chất có hoạt tính sinh học từ tỏi hoặc sản phẩm tỏi và thử nghiệm hoạt tính có liên quan .................................................28 Chương 3: PHƯƠNG TIỆN VÀ PHƯƠNG PHÁP ............................................31 3.1 Phương tiện nghiên cứu ....................................................................................31 3.1.1 Địa điểm và thời gian nghiên cứu ..................................................................31 3.1.2 Thiết bị, dụng cụ và hóa chất .........................................................................31 3.1.3 Nguyên liệu ...................................................................................................33 3.2 Nội dung và phương pháp nghiên cứu ..............................................................33 3.2.1 Nội dung 1: Khảo sát sự thay đổi đặc tính lý học và hợp chất có hoạt tính sinh học của củ tỏi (Allium sativum L.) trong quá trình thuần thục và tồn trữ..........33 3.2.2 Nội dung 2: Nâng cao các chất có hoạt tính sinh học trong củ tỏi thông qua quy trình chế biến sản phẩm tỏi đen và tỏi lên men lactic.................................35 3.2.3 Nội dung 3: Ứng dụng công nghệ nano nhằm cải thiện sinh khả dụng của các hợp chất sinh học từ sản phẩm tỏi chế biến.......................................................40 3.3 Phân tích dữ liệu...............................................................................................46 3.3.1 Xây dựng các mô hình động học....................................................................47 3.3.2 Xây dựng các mô hình bằng phương pháp bề mặt đáp ứng (Response Surface Methodology) ............................................................................................47 Chương 4: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN............................................................48 4.1 Sự thay đổi đặc tính lý học và hợp chất có hoạt tính sinh học của củ tỏi (Allium sativum L.) trong quá trình thuần thục và tồn trữ........................................48 4.1.1 Chất lượng củ tỏi ở các độ tuổi thu hoạch ......................................................48 4.1.2 Ảnh hưởng của nhiệt độ tồn trữ đến sự thay đổi thành phần hóa lý của củ tỏi...........................................................................................................................52 4.1.3 Ảnh hưởng của loại bao bì đến sự hao hụt khối lượng của củ tỏi trong quá trình tồn trữ......................................................................................................56 4.2 Nâng cao các chất có hoạt tính sinh học trong củ tỏi thông qua quy trình chế biến sản phẩm tỏi đen và tỏi lên men lactic ......................................................57 4.2.1 Nâng cao các chất có hoạt tính sinh học trong củ tỏi thông qua quy trình chế biến sản phẩm tỏi đen.......................................................................................57 4.2.2 Nâng cao các chất có hoạt tính sinh học trong tỏi thông qua quy trình chế biến sản phẩm tỏi lên men lactic.............................................................................83 4.3 Ứng dụng công nghệ nano nhằm cải thiện sinh khả dụng của các hợp chất sinh học từ các sản phẩm tỏi chế biến...................................................................116 4.3.1 Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình trích ly các chất có hoạt tính sinh học trong tỏi đen ..................................................................................................116 vii
4.3.2 Đặc trưng và tính chất của hệ nano tỏi đen...................................................122 4.4 Hoạt tính trong thử nghiệm in-vitro và in-vivo về khả năng hấp thu và tác dụng của các hoạt chất sinh học của hệ nano tỏi đen.............................................130 4.4.1 Thử nghiệm in-vitro.....................................................................................130 4.4.2 Thử nghiệm in-vivo .....................................................................................133 Chương 5: KẾT LUẬN VÀ ĐỀ NGHỊ ..............................................................136 5.1 Kết luận..........................................................................................................136 5.2 Đề nghị...........................................................................................................137 TÀI LIỆU THAM KHẢO..................................................................................138 PHỤ LỤC.............................................................................................................xix viii
DANH SÁCH BẢNG Bảng 4.1 Thành phần hóa học và đặc tính chống oxy hóa của củ tỏi ở các thời điểm thu hoạch .......................................................................................................51 Bảng 4.2 Độ cứng chủ quan của củ tỏi ở các nhiệt độ khác nhau theo thời gian tồn trữ ....................................................................................................................53 Bảng 4.3 Sự thay đổi hàm lượng SAC (mg/kg d.w) của tỏi trong suốt quá trình lão hóa ở các mức nhiệt độ khác nhau ....................................................................65 Bảng 4.4 Mô hình sự thoái hóa thiosulfinate ở các nhiệt độ khác nhau ...................70 Bảng 4.5 Bảng phân tích độ sai lệch .......................................................................73 Bảng 4.6 Giá trị tối ưu của các hợp chất có hoạt tính sinh học ................................76 Bảng 4.7 Giá trị tối ưu nhiệt độ, thời gian sấy, hàm lượng polyphenol, flavonoid và khả năng loại bỏ gốc tự do DPPH của tỏi đen ....................................78 Bảng 4.8 Bảng phân tích độ sai lệch .......................................................................79 Bảng 4.9 Bảng kiểm định sự tương thích (Likelihood) ...........................................80 Bảng 4.10 Ảnh hưởng của thời gian và nhiệt độ chần đến hàm lượng polyphenol tổng số (mg GAE/g d.w) trong tỏi........................................................84 Bảng 4.11 Ảnh hưởng của thời gian và nhiệt độ chần đến hàm lượng thiosulfinate (µmol/g d.w) của tỏi...........................................................................87 Bảng 4.12 Dự đoán các thông số động học, hệ số xác định (R2) cho sự tổn thất hàm lượng polyphenol, flavonoid tổng số trong tỏi ở các điều kiện chần khác nhau .......................................................................................................................89 Bảng 4.13 Dự đoán thông số động học, hệ số xác định (R2) cho sự phân hủy của thiosulfinate trong tỏi ở các điều kiện chần khác nhau......................................91 Bảng 4.14 Ảnh hưởng của nhiệt độ chần đến màu sắc của tỏi.................................93 Bảng 4.15 Ảnh hưởng thời gian chần đến giá trị L, a, b của tỏi...............................94 Bảng 4.16 Hàm lượng polyphenol, flavonoid, thiosulfinate và khả năng trung hòa gốc tự do DPPH của tỏi sau chần 80oC thời gian 90 giây. ................................95 Bảng 4.17 Tương tác giữa mật số vi khuẩn, nồng độ muối và thời gian lên men đến giá trị pH của tỏi lên men.................................................................................96 Bảng 4.18 Sự thay đổi pH của tỏi lên men theo thời gian, mật số vi khuẩn và nồng độ muối .........................................................................................................97 ix
Bảng 4.19 Tương tác giữa mật số vi khuẩn, nồng độ muối và thời gian lên men đến hàm lượng polyphenol trong tỏi.......................................................................99 Bảng 4.20 Tương tác giữa mật số vi khuẩn, nồng độ muối và thời gian lên men đến hàm lượng flavonoid trong tỏi........................................................................101 Bảng 4.21 Tương tác giữa mật số vi khuẩn, nồng độ muối và thời gian lên men đến hàm lượng thiosulfinate trong tỏi ...................................................................102 Bảng 4.22 Tương tác giữa mật số vi khuẩn, nồng độ muối và thời gian lên men đến khả năng chống oxy hóa của tỏi.....................................................................105 Bảng 4.23 Kết quả đánh giá cảm quan sản phẩm tỏi lên men lactic ......................106 Bảng 4.24 Ảnh hưởng của tỷ lệ nguyên liệu phụ đến hàm lượng polyphenol (mg GAE/g d.w) trong tỏi lên men .......................................................................109 Bảng 4.25 Ảnh hưởng của tỷ lệ nguyên liệu phụ đến hàm lượng flavonoid (mg QE/g d.w) trong tỏi lên men .................................................................................110 Bảng 4.26 Ảnh hưởng của tỷ lệ nguyên liệu phụ đến hàm lượng thiosulfinate (μmol/g d.w) trong tỏi lên men .............................................................................112 Bảng 4.27 Ảnh hưởng của tỷ lệ nguyên liệu phụ đến khả năng trung hòa gốc tự do DPPH (%) của tỏi lên men ..........................................................................113 Bảng 4.28 Hàm lượng polyphenol (mg GAE/g d.w), flavonoid (mg QE/g d.w), thiosulfinate (μmol/g d.w) và khả năng trung hòa gốc tự do DPPH (%) của tỏi lên men theo thời gian bảo quản ...........................................................................114 Bảng 4.29 Sự phân bố cỡ hạt và điện thế zeta của hệ nano tỏi đen được chế tạo ở tỷ lệ dịch trích/dung dịch alginate khác nhau .....................................................123 Bảng 4.30 Hiệu suất bọc thuốc của hệ nano tỏi đen ở tỷ lệ dịch trích/dung dịch alginate khác nhau................................................................................................130 Bảng 4.31 Hoạt tính trên các dòng tế bào ung thư của các tác nhân thử ................131 Bảng 4.32 Hoạt tính kháng khuẩn và nấm của hệ nano tỏi đen và tỏi đen .............131 Bảng 4.33 Hoạt tính ức chế enzyme -glucosidase của hệ nano tỏi đen và tỏi đen .......................................................................................................................132 Bảng 4.34 Hoạt tính ức chế AChE của chất thử hệ nano tỏi đen và tỏi đen ...........133 Bảng 4.35 Đường huyết (mg/dL) của chuột khi sử dụng tác nhân điều trị để thử độ an toàn trong 7 ngày. .................................................................................133 Bảng 4.36 Đường huyết (mg/dL) của các nhóm chuột thử nghiệm trước và sau khi tiêm alloxan monohydrate 135 mg/kg trọng lượng chuột................................134 x
DANH SÁCH HÌNH Hình 2.1 Cấu tạo trong của củ tỏi cổ mềm và tỏi cổ cứng .........................................7 Hình 2.2 Một số giống tỏi phổ biến tại Việt Nam .....................................................8 Hình 2.3 Sự chuyển hóa GSAC thành SAC trong tép tỏi đen..................................11 Hình 2.4 Các hợp chất khác nhau được tạo ra khi tép tỏi bị tổn thương ..................12 Hình 2.5 Một số sản phẩm tỏi trên thị trường .........................................................15 Hình 2.6 Chuột nhắt trắng sử dụng trong thử nghiệm hoạt tính...............................46 Hình 4.1 Cường độ hô hấp của củ tỏi ở các giai đoạn thuần thục............................48 Hình 4.2 Củ tỏi ở các độ tuổi thu hoạch khác nhau .................................................48 Hình 4.3 Đường kính và khối lượng củ tỏi theo thời gian tăng trưởng ....................49 Hình 4.4 Hao hụt khối lượng (%) của củ tỏi ở các giai đoạn thu hoạch theo thời gian tồn trữ......................................................................................................50 Hình 4.5 Hao hụt khối lượng (%) của củ tỏi ở các nhiệt độ tồn trữ .........................52 Hình 4.6 Độ Brix của củ tỏi theo thời gian tồn trữ ở các điều kiện nhiệt độ khác nhau ...............................................................................................................54 Hình 4.7 Thay đổi hàm lượng polyphenol tổng số trong củ tỏi tồn trữ ở các điều kiện nhiệt độ ...................................................................................................55 Hình 4.8 Thay đổi hàm lượng thiosulfinate của tỏi tươi theo thời gian tồn trữ ở các nhiệt độ ............................................................................................................56 Hình 4.9 Hao hụt khối lượng của củ tỏi tồn trữ trong các loại bao bì khác nhau ở nhiệt độ 0oC ........................................................................................................56 Hình 4.10 Ảnh hưởng của thời gian chần đến hàm lượng polyphenol tổng số (TPC), flavonoid tổng số (TFC) và khả năng loại bỏ gốc tự do DPPH của tỏi ........58 Hình 4.11 Hàm lượng thiosulfinate của củ tỏi chần ở các mức thời gian khác nhau .......................................................................................................................59 Hình 4.12 Ảnh hưởng của thời gian đông lạnh đến hàm lượng polyphenol tổng số (TPC), flavonoid tổng số (TFC) và khả năng loại bỏ gốc tự do DPPH của tỏi...........................................................................................................................60 Hình 4.13 Giá trị cảm quan của củ tỏi sau khi chần và lạnh đông ...........................61 Hình 4.14 Ảnh hưởng của tiền xử lý lạnh đông đến giá trị L trong suốt quá trình chế biến tỏi đen ..............................................................................................61 xi
Hình 4.15 Ảnh hưởng của tiền xử lý lạnh đông đến hàm lượng polyphenol tổng số trong quá trình chế biến tỏi đen ..................................................................62 Hình 4.16 Hàm lượng polyphenol trong tỏi đen ở các mức nhiệt độ lão hóa...........63 Hình 4.17 Hàm lượng flavonoid trong tỏi đen ở các mức nhiệt độ lão hóa..............63 Hình 4.18 Hoạt động chống oxy hóa của tỏi đen ở các mức nhiệt độ lão hóa..........64 Hình 4.19 Thay đổi độ cứng của tỏi ở các nhiệt độ khác nhau trong suốt quá trình chế biến tỏi đen ..............................................................................................66 Hình 4.20 Sự thay đổi màu sắc của tép tỏi (a) và mặt cắt ngang củ tỏi (b) theo nhiệt độ và thời gian lão hóa...................................................................................67 Hình 4.21 Thay đổi màu sắc tỏi đen trong suốt quá trình lão hóa ở 60oC ................68 Hình 4.22 Ảnh hưởng của nhiệt độ lão hóa đến giá trị L của tỏi theo thời gian .......68 Hình 4.23 Độ ẩm của tỏi đen ở các mức nhiệt độ lão hóa khác nhau.......................69 Hình 4.24 Ảnh hưởng của nhiệt độ lão hóa đến hàm lượng thiosulfinate trong tỏi đen ....................................................................................................................70 Hình 4.25 Ảnh hưởng của nhiệt độ lão hóa đến hàm lượng acid tổng số của tỏi đen .........................................................................................................................71 Hình 4.26 Ảnh hưởng của nhiệt độ và thời gian lão hóa đến hàm lượng đường khử của tỏi đen.......................................................................................................72 Hình 4.27 Giản đồ mạng nhện (QDA) biểu thị điểm cảm quan của tỏi đen theo nhiệt độ và thời gian lão hóa...................................................................................72 Hình 4.28 Tỷ số khả dĩ theo thời gian xử lý ở các nhiệt độ khác nhau ....................73 Hình 4.29 Đồ thị bề mặt đáp ứng thể hiện ảnh hưởng của nhiệt độ và thời gian sấy đến TPC của tỏi đen .........................................................................................75 Hình 4.30 Đồ thị bề mặt đáp ứng thể hiện ảnh hưởng của nhiệt độ và thời gian sấy đến TFC của tỏi đen .........................................................................................75 Hình 4.31 Đồ thị bề mặt đáp ứng thể hiện ảnh hưởng của nhiệt độ và thời gian sấy đến khả năng loại bỏ gốc tự do của tỏi đen .......................................................76 Hình 4.32 Sự tương thích của hàm lượng polyphenol tổng số giữa giá trị thực nghiệm và dự đoán theo phương trình (4.2)............................................................77 Hình 4.33 Sự tương thích của hàm lượng flavonoid tổng số giữa giá trị thực nghiệm và dự đoán theo phương trình (4.3)............................................................77 xii
Hình 4.34 Sự tương thích của khả năng loại bỏ gốc tự do DPPH giữa giá trị thực nghiệm và dự đoán theo phương trình (4.4) ....................................................77 Hình 4.35 Biểu đồ contour tối ưu nhiệt độ và thời gian sấy tỏi đen.........................78 Hình 4.36 Tương quan giữa tỷ số khả dĩ và nhiệt độ với thời gian xử lý .................80 Hình 4.37 Ảnh hưởng nhiệt độ bảo quản và điều kiện bao gói đến hàm lượng (a) TPC, (b) TFC và (c) khả năng loại trừ gốc tự do DPPH của tỏi đen...................82 Hình 4.38 Sản phẩm tỏi đen bảo quản trong bao bì PA...........................................83 Hình 4.39 Ảnh hưởng của nhiệt độ và thời gian chần đến hàm lượng flavonoid trong tỏi..................................................................................................................85 Hình 4.40 Thay đổi hoạt tính chống oxy hóa trong tỏi ở các điều kiện chần khác nhau ...............................................................................................................88 Hình 4.41 Mô hình dự đoán hàm lượng polyphenol tổng số ở các điều kiện chần khác nhau.......................................................................................................90 Hình 4.42 Mô hình dự đoán hàm lượng flavonoid tổng số ở các điều kiện chần khác nhau ...............................................................................................................90 Hình 4.43 Mô hình dự đoán hàm lượng thiosulfinate ở các điều kiện chần khác nhau .......................................................................................................................91 Hình 4.44 Ảnh hưởng của thời gian và nhiệt độ chần đến độ cứng của tỏi..............92 Hình 4.45 Tỏi trước và sau khi chần ở 70, 80 và 90oC trong 90 giây ......................94 Hình 4.46 Ảnh hưởng của nồng độ NaCl và mật số vi khuẩn Lactobacillus plantarum bổ sung vào dịch lên men đến hàm lượng polyphenol tổng số trong tỏi...........................................................................................................................99 Hình 4.47 Ảnh hưởng của nồng độ NaCl và mật số vi khuẩn Lactobacillus plantarum bổ sung vào dịch lên men đến hàm lượng flavonoid tổng số trong tỏi.........................................................................................................................101 Hình 4.48 Ảnh hưởng của nồng độ NaCl và mật số vi khuẩn Lactobacillus plantarum bổ sung vào dịch lên men đến hàm lượng thiosulfinate trong tỏi .........103 Hình 4.49 Ảnh hưởng của nồng độ NaCl và mật số vi khuẩn L. plantarum bổ sung vào dịch lên men đến hoạt tính chống oxy hóa trong tỏi...............................105 Hình 4.50 Kết quả đánh giá cảm quan của các thành viên đối với 16 mẫu tỏi sau lên men ..........................................................................................................107 Hình 4.51 Mẫu tỏi lên men trong dung dịch có nồng độ muối NaCl 1%, mật số vi khuẩn L. plantarum 10 6 CFU/mL sau 6 ngày....................................................108 xiii
Hình 4.52 Một số mẫu tỏi lên men có bổ sung hành lá (A), hành tây (B) và hành tím (C) .........................................................................................................108 Hình 4.53 Ảnh hưởng của tỷ lệ nguyên liệu phụ đến hàm lượng polyphenol tổng số trong tỏi lên men ......................................................................................110 Hình 4.54 Ảnh hưởng của tỷ lệ nguyên liệu phụ đến hàm lượng flavonoid tổng số trong tỏi lên men..............................................................................................111 Hình 4.55 Kết quả đánh giá cảm quan tỏi lên men lactic bảo quản ở 30±2 và 5±1 oC ...................................................................................................................115 Hình 4.56 Sản phẩm tỏi lên men lactic sau 9 tuần bảo quản..................................115 Hình 4.57 Hàm lượng polyphenol tổng số trong dịch tỏi đen được trích ly theo tỷ lệ nguyên liệu/dung môi và loại dung môi khác nhau .......................................117 Hình 4.58 Hàm lượng flavonoid tổng số trong dịch tỏi đen được trích ly theo tỷ lệ nguyên liệu/dung môi và loại dung môi khác nhau .......................................117 Hình 4.59 Hàm lượng S-allyl cysteine trong dịch tỏi đen được trích ly theo tỷ lệ nguyên liệu/dung môi và loại dung môi khác nhau ...........................................118 Hình 4.60 Hoạt tính chống oxy hóa DPPH của dịch tỏi đen được trích ly theo tỷ lệ nguyên liệu/dung môi và loại dung môi khác nhau .......................................118 Hình 4.61 Sắc ký đồ của dung dịch SAC chuẩn (a) và SAC trong tỏi đen (b) .......119 Hình 4.62 Ảnh hưởng của nhiệt độ và thời gian trích ly đến hàm lượng polyphenol trong dịch tỏi đen ...............................................................................121 Hình 4.63 Ảnh hưởng của nhiệt độ và thời gian trích ly đến hàm lượng flavonoid trong dịch tỏi đen..................................................................................121 Hình 4.64 Ảnh hưởng của nhiệt độ và thời gian trích ly đến hàm lượng SAC trong dịch tỏi đen .................................................................................................121 Hình 4.65 Ảnh FE-SEM của hệ dịch tỏi đen (a) và hệ nano tỏi đen tỷ lệ dịch trích/dung dịch alginate là 1/1 (b), 2/1 (c), 3/1 (d), 1/2 (e), 1/3 (f).........................122 Hình 4.66 Điện thế zeta của hệ nano tỏi đen được chế tạo ở tỷ lệ dịch trích/dung dịch alginate là 1/1 ..............................................................................123 Hình 4.67 Điện thế zeta của hệ nano tỏi đen được chế tạo ở tỷ lệ dịch trích/dung dịch alginate là 2/1 ..............................................................................124 Hình 4.68 Điện thế zeta của hệ nano tỏi đen được chế tạo ở tỷ lệ dịch trích/dung dịch alginate là 3/1 ..............................................................................124 xiv
Hình 4.69 Điện thế zeta của hệ nano tỏi đen được chế tạo ở tỷ lệ dịch trích/dung dịch alginate là 1/2 ..............................................................................124 Hình 4.70 Điện thế zeta của hệ nano tỏi đen được chế tạo ở tỷ lệ dịch trích/dung dịch alginate là 1/3 ..............................................................................125 Hình 4.71 Phổ FT-IR của tỏi đen..........................................................................126 Hình 4.72 Phổ FT-IR của alginate ........................................................................126 Hình 4.73 Phổ FT-IR của hệ nano tỏi đen.............................................................127 Hình 4.74 Phổ FT-IR của hệ nano tỏi đen được chế tạo ở tỷ lệ dịch trích/dung dịch alginate là 1/1 ...............................................................................................127 Hình 4.75 Phổ FT-IR của hệ nano tỏi đen được chế tạo ở tỷ lệ dịch trích/dung dịch alginate là 2/1 ...............................................................................................128 Hình 4.76 Phổ FT-IR của hệ nano tỏi đen được chế tạo ở tỷ lệ dịch trích/dung dịch alginate là 3/1 ...............................................................................................128 Hình 4.77 Phổ FT-IR của hệ nano tỏi đen được chế tạo ở tỷ lệ dịch trích/dung dịch alginate là 1/2 ...............................................................................................129 Hình 4.78 Phổ FT-IR của hệ nano tỏi đen được chế tạo ở tỷ lệ dịch trích/dung dịch alginate là 1/3 ...............................................................................................129 xv
DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT AChE: Enzyme acetylcholinesterase AGE (Aged garlic extract): Chiết xuất tỏi lão hóa DLS: Tán xạ ánh sáng động DMSO: Dimethyl sulfoxide DPPH: 2,2-diphenyl-1-picrylhydrazyl D.W (Dried weight): Trọng lượng khô EE: Hiệu suất bọc FE-SEM (Field Emission Scanning Electron Microscope): Kính hiển vi điện tử quét FT-IR (Fourier-transform infrared spectroscopy): Quang phổ hồng ngoại chuyển đổi Fourier GAE (Gallic Acid Equivalent): Đương lượng acid gallic GSAC: γ-glutamyl-S-allyl-L-cysteine IC50 (The half maximal inhibitory concentration): Nồng độ ức chế 50% đối tượng thử. LAB (Lactic Acid Bacteria): Vi khuẩn acid lactic mg GAE: mg acid gallic tương đương mg QE: mg quercetin tương đương MTT: (3-(4,5-dimethylthiazol-2-yl)-2,5-diphenyltetrazolium) OD: Mật độ quang PA: Polyamide QDA (Quantitative Descriptive Analysis): Phân tích mô tả định lượng QE (Quercetin equivalent): Đương lượng quercetin RH (Relative Humidity): Độ ẩm tương đối SAC: S-allyl-cysteine TFC (Total Flavonoids Content): Hàm lượng flavonoid tổng số TPC (Total Polyphenols Content): Hàm lượng polyphenol tổng số -GTP: -glutamyl transpeptidase xvi
Chương 1: GIỚI THIỆU 1.1 Đặt vấn đề Ở Việt Nam, tỏi được trồng nhiều tại các vùng Hải Dương, Hà Nội, Bắc Giang, Phan Rang, Lý Sơn, Đà Lạt,… Tỏi Phan Rang có đặc điểm củ nhỏ, vỏ lụa trắng, tinh dầu rất thơm. Nhiều nông hộ áp dụng quy trình VIETGAP vào sản xuất, cung cấp cho người tiêu dùng sản phẩm tỏi bảo đảm chất lượng an toàn. Bảo quản tỏi rất quan trọng để cung cấp sản phẩm cho thị trường rau củ tươi và cho quá trình chế biến. Các thành phần hóa học và mùi hăng cay của tỏi đều là các thông số quan trọng rất ít được nghiên cứu liên quan đến các điều kiện bảo quản. Tỏi có thể được lưu trữ khoảng 1-2 tháng trong điều kiện tốt ở nhiệt độ môi trường xung quanh với RH thấp (< 75%). Tuy nhiên, trong những điều kiện này, củ tỏi sẽ dần dần trở nên mềm, xốp và nhăn nheo do mất nước. Sự đa dạng giống tỏi, thời gian và điều kiện tồn trữ đều có thể ảnh hưởng đến thời gian bảo quản củ tỏi. Khảo sát độ thuần thục và phương pháp tồn trữ giúp duy trì ổn định nguồn nguyên liệu cho quá trình chế biến và mua bán. Tỏi được biết đến với nhiều công dụng bảo vệ sức khỏe do chứa các hợp chất chống khuẩn gây bệnh, chất kháng sinh, khả năng chống gốc tự do; chống xơ vữa động mạch; kháng ung thư và chống mỡ máu cao (Kim et al., 2012). Tuy nhiên, việc tiêu thụ tỏi tươi chưa qua chế biến bị hạn chế do có mùi hăng, vị cay đặc trưng và có xu hướng gây khó chịu cho dạ dày. Trong những năm gần đây, các phương pháp chế biến khác nhau như xử lý nhiệt, lão hóa (aging) và lên men đã được sử dụng để loại bỏ mùi khó chịu và cải thiện vị của tỏi (Bae et al., 2014). Tỏi đen được tạo ra từ tỏi tươi bằng cách xử lý ở điều kiện nhiệt độ và độ ẩm thích hợp trong khoảng thời gian nhất định. Các hợp chất gây mùi khó chịu của tỏi bị mất sau quá trình sản xuất, màu đen của tỏi được hình thành do các phản ứng sinh hoá và hoá học (chủ yếu phản ứng Maillard). Tỏi đen có vị ngọt dịu và độc đáo, cấu trúc mềm dẻo như trái cây sấy, không gây mùi vị khó chịu như tỏi tươi (Wang et al., 2010). Hơn nữa, quá trình chế biến tỏi đen còn liên quan đến sự hình thành các hợp chất phenolic, S-allyl-L- cysteine (SAC) và các hợp chất hoà tan trong nước có tác dụng chống oxy hoá mạnh (Corzo-Martinez et al., 2007; Imai et al., 1994). Vì vậy đây là thực phẩm lý tưởng trong phòng ngừa và điều trị bệnh tim, Alzheimer, viêm khớp và các bệnh mãn tính như bệnh tiểu đường, đặc biệt là bệnh ung thư. Ngoài ra, quá trình lên men, ngoài việc là một phương pháp để bảo quản nguyên liệu tươi trong thời gian ngắn trước khi tiếp tục chế biến, nó có thể mang lại một 1