Tóm tắt Luận án tiến sĩ Nông nghiệp: Nghiên cứu ảnh hưởng của quá trình thu hoạch và chế biến đến hàm lượng các chất có hoạt tính sinh học trong cây thuốc dòi (Pouzolzia zeylanica L. Benn)

Chia sẻ: Phong Tỉ | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:28

Thêm vào BST

Báo xấu

50
lượt xem 2
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Mục đích của luận án nhằm xác định thời điểm thu hoạch và phương pháp xử lý sau thu hoạch thích hợp cho cây thuốc dòi nhằm thu nhận tối đa hàm lượng các hợp chất có hoạt tính sinh học và xây dựng quy trình sản xuất hai dạng sản phẩm (cao lỏng và bột hòa tan) chất lượng cao và có khả năng hỗ trợ sức khỏe.

Chủ đề:

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

Lưu

Nội dung Text: Tóm tắt Luận án tiến sĩ Nông nghiệp: Nghiên cứu ảnh hưởng của quá trình thu hoạch và chế biến đến hàm lượng các chất có hoạt tính sinh học trong cây thuốc dòi (Pouzolzia zeylanica L. Benn)

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC CẦN THƠ TÓM TẮT LUẬN ÁN TIẾN SĨ Chuyên ngành: Công nghệ thực pẩm Mã ngành: 9540101 NGUYỄN DUY TÂN NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA QUÁ TRÌNH THU HOẠCH VÀ CHẾ BIẾN ĐẾN HÀM LƯỢNG CÁC CHẤT CÓ HOẠT TÍNH SINH HỌC TRONG CÂY THUỐC DÒI (Pouzolzia zeylanica L. Benn) Cần Thơ, 2018
CÔNG TRÌNH ĐƯỢC HOÀN THÀNH TẠI TRƯỜNG ĐẠI HỌC CẦN THƠ Người hướng dẫn: PGS.TS. NGUYỄN MINH THỦY Luận án được bảo vệ trước hội đồng chấm luận án tiến sĩ cấp cơ sở Họp tại: Hội trường B007 Khoa Nông nghiệp và Sinh học Ứng dụng, Trường Đại học Cần Thơ. Vào lúc 15 giờ 30 ngày 09 tháng 11 năm 2017 Phản biện 1: GS.TS. LÊ VĂN VIỆT MẪN. Phản biện 2: PGS.TS. TRƯƠNG THỊ MINH HẠNH. Có thể tìm hiểu luận án tại thư viện: Trung tâm Học liệu, Trường Đại học Cần Thơ. Thư viện Quốc gia Việt Nam.
DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH ĐÃ CÔNG BỐ 1. Nguyen Duy Tan and Nguyen Minh Thuy, 2016. Optimization of concentration process on Pouzolzia zeylanica extract by response surface methodology. Proceeding of The 23rd Regional Symposium on Chemical Engineering,27-28 October 2016 at Vung Tau, Vietnam, page 196-205. Vietnam National University- Ho Chi Minh Publishing House (ISBN 978-604-73-4690-5). 2. Nguyen Duy Tan and Nguyen Minh Thuy, 2016. Optimal operating conditions of spray drying Pouzolzia zeylanica extract using maltodextrin and arabic gum as carrier. Proceedings in the 18th Food Innovation Asia Conference, 16-18 June 2016 at BITEC Bangkok Thailan, page 499-509. 3. Nguyễn Duy Tân và Nguyễn Minh Thủy, 2016. Tối ưu hóa hàm lượng chất mang (Maltodextrin, gum xanthan) trong quá trình sấy phun dịch trích thuốc dòi sử dụng phương pháp bề mặt đáp ứng. Tạp chí Nông nghiệp và Phát triển nông thôn, Bộ Nông nghiệp và Phát triển nông thôn,11: 167-174. 4. Nguyễn Duy Tân và Nguyễn Minh Thủy, 2017. Ảnh hưởng của các thông số trích ly đến hàm lượng các hợp chất sinh học và khả năng chống oxy hóa của dịch trích thuốc dòi (Pouzolzia zeylanica). Tạp chí Nông nghiệp và Phát triển nông thôn, Bộ Nông nghiệp và Phát triển nông thôn, 8: 53-61. 5. Nguyen Duy Tan, Le Quoc Viet, Vo Tan Thanh and Nguyen Minh Thuy, 2017. Optimization of polyphenol, flavonoid and tannin extraction conditions from Pouzolzia zeylanica L. Benn using response surface methodology. Can Tho University Journal of Science, 5: 122-131. 6. Nguyễn Duy Tân và Nguyễn Minh Thủy, 2017. Ảnh hưởng của nhiệt độ sấy/phơi và kích thước nguyên liệu đến sự khử nước và các đặc tính chất lượng của cây thuốc dòi Pouzolzia zeylanica L. Benn.Tạp chí Nông nghiệp và Phát triển nông thôn, Bộ Nông nghiệp và Phát triển nông thôn, 13: 90-98. i
7. Nguyễn Duy Tân và Nguyễn Minh Thủy, 2017. Ảnh hưởng của nồng độ maltodextrin và điều kiện sấy phun đến các đặc tính vật lý và hoạt chất sinh học của sản phẩm bột cây thuốc dòi. Tạp chí Dinh dưỡng và Thực phẩm, Hội dinh dưỡng Việt Nam, 13 (5): 66-74. 8. Nguyễn Duy Tân, Võ Thị Xuân Tuyền và Nguyễn Minh Thủy, 2017. Phân tích so sánh hàm lượng các hợp chất sinh học của cây thuốc dòi thân tím đỏ và thân xanh được thu thập trên địa bàn tỉnh An Giang. Tạp chí Khoa học Công nghệ Nông nghiệp Việt Nam, Viện Khoa học Nông nghiệp Việt Nam, 6 (79): 80-84. 9. Nguyen Duy Tan and Nguyen Minh Thuy, 2017. Optimization of carriers (maltodextrin, arabic gum) for spray-drying of Pouzolzia zeylanica extracts using response surface methodology. Can Tho University Journal of Science, 6: 102-110. 10. Nguyễn Duy Tân và Nguyễn Minh Thủy, 2017. Tối ưu hóa hàm lượng carboxymethyl cellulose, đường sucrose và acid citric bổ sung trong quá trình cô đặc dịch trích thuốc dòi sử dụng phương pháp bề mặt đáp ứng. Tạp chí Hóa học, 55 (4E23): 229-234. 11. Nguyễn Duy Tân, Võ Thị Xuân Tuyền và Nguyễn Minh Thủy, 2017. Ảnh hưởng của mùa vụ trồng và thời gian thu hoạch đến các thành phần chống oxy hóa của cây thuốc dòi. Tạp chí Khoa học Công nghệ Nông nghiệp Việt Nam, Viện Khoa học Nông nghiệp Việt Nam, 8 (81): 61-67. 12. Nguyen Duy Tan and Nguyen Minh Thuy, 2017. Effect of different gum types on stability of antioxidant components and physical properties of spray dried Pouzolzia zeylanica powder. Vietnam Journal of Science and Technology, 55 (5A): 10-17. ii
PHẦN MỞ ĐẦU 1. TÍNH CẤP THIẾT CỦA LUẬN ÁN Cây thuốc dòi (Pouzolzia zeylanica L. Benn) là một trong những loài thực vật thuốc, được người dân các nước châu Á sử dụng để chữa trị rất nhiều bệnh khác nhau theo phương pháp truyền thống. Ở Việt Nam, cây thuốc dòi được trồng phổ biến ở khu vực Đồng bằng sông Cửu Long, được sử dụng dạng cây tươi hay khô, sắc thành nước uống để trị bệnh ho lâu năm, ho lao và viêm họng. Nhiều nghiên cứu đã công bố cho thấy dịch trích từ cây thuốc dòi chứa nhiều hợp chất sinh học với những đặc tính kháng khuẩn, kháng nấm và chống oxy hóa. Tuy nhiên, cho đến nay loài thực vật này vẫn chưa được nghiên cứu đầy đủ về khả năng trồng và thu hoạch; sơ chế và bảo quản nguyên liệu; cũng như chế biến thành các sản phẩm thực phẩm tiện dụng có khả năng hỗ trợ trong việc phòng và điều trị bệnh, bồi bổ cơ thể. Vì thế, nội dung nghiên cứu chính của luận án là nhằm giải đáp được những vấn đề nêu trên. 2. MỤC TIÊU CỦA LUẬN ÁN Xác định thời điểm thu hoạch và phương pháp xử lý sau thu hoạch thích hợp cho cây thuốc dòi nhằm thu nhận tối đa hàm lượng các hợp chất có hoạt tính sinh học và xây dựng quy trình sản xuất hai dạng sản phẩm (cao lỏng và bột hòa tan) chất lượng cao và có khả năng hỗ trợ sức khỏe. 3. NHỮNG ĐÓNG GÓP MỚI CỦA LUẬN ÁN Cung cấp các thông tin hữu ích về tác dụng trị bệnh của cây thuốc dòi một loại thực vật thuốc được sử dụng phổ biến trong dân gian; nhưng chưa được nghiên cứu và tìm hiểu nhiều. Xác định được thời điểm thu hoạch và phương pháp làm khô thích hợp để thu được nguyên liệu thuốc dòi có hàm lượng các hợp chất sinh học ở mức cao, cũng như sự hao hụt của các hợp chất này trong quá trình bảo quản.
Sử dụng công nghệ cô đặc chân không và sấy phun để chế biến ra hai sản phẩm giá trị gia tăng (cao lỏng và bột hòa tan), tiện dụng từ cây thuốc dòi. Thử nghiệm hoạt động chống oxy hóa in vitro và khả năng kháng khuẩn đường hô hấp, tác dụng long đàm và trị bệnh ho của sản phẩm trên mô hình chuột thí nghiệm. Từ kết quả nghiên cứu có thể định hướng người dân trồng theo quy hoạch và thúc đẩy quá trình sản xuất sản phẩm để thương mại hóa, nhằm nâng cao giá trị kinh tế cây thuốc dòi. 4. BỐ CỤC CỦA LUẬN ÁN Luận án gồm 160 trang với 5 chương: Chương 1: Giới thiệu (trang 1÷4); Chương 2: Tổng quan tài liệu (trang 5÷44); Chương 3: Phương tiện và phương pháp nghiên cứu (trang 45÷68); Chương 4: Kết quả và thảo luận (trang 69÷158); Chương 5: Kết luận và kiến nghị (trang 159÷160) và 36 trang tài liệu tham khảo (trang 161÷196). Phần phụ lục gồm 68 trang chia thành 5 phần: Phụ lục A: Một số hình ảnh trong nghiên cứu (trang 1÷8); Phụ lục B: Một số kết quả nghiên cứu thăm dò (trang 9÷36); Phụ lục C: Các phương pháp phân tích trong nghiên cứu (trang 37÷42); Phụ lục D: Kết quả thống kê các thí nghiệm (trang 43÷68). PHẦN NỘI DUNG LUẬN ÁN Chương 1: Tổng quan 1.1 Giới thiệu về cây thuốc dòi Cây thuốc dòi (bọ mắm, rau tía) có tên khoa học Pouzolzia zeylanica L. Benn hay Pouzolzia indica Gaudich thuộc họ gai Urticaceae, tên tiếng Anh Graceful Pouzolzsbush, có nguồn gốc từ vùng nhiệt đới phía Nam châu Á. Hiện nay, cây thuốc dòi có mặt ở nhiều nước châu Á và một số nơi khác trên thế giới, là loài thân thảo sống lâu năm, có thể thu hái quanh năm, nhưng tốt nhất vào cuối mùa khô, thường thu hoạch phần thân cây trên mặt đất, rửa sạch đem 2
hái lấy đọt non làm rau ăn sống hoặc cắt nhỏ, phơi khô sử dụng dần. Toàn cây được dùng làm thuốc, thường dùng để trị các bệnh: cảm ho hoặc ho lâu năm, viêm họng, bệnh về phổi, lỵ, viêm ruột, nhiễm trùng đường tiết niệu, bí tiểu tiện, đau răng, nấm da. Dịch trích từ cây thuốc dòi có chứa các hợp chất anthocyanin, flavonoid, polyphenol, tannin, alkaloid, saponin, isoflavone và nhiều hợp chất khác. Đây là các hợp chất có nhiều hoạt tính sinh học như: chống ung thư, chống oxy hóa, tăng cường hệ miễn dịch, giảm các mối nguy bệnh tim mạch, bệnh đái tháo đường, có tác dụng kháng khuẩn, kháng nấm. Hàm lượng các hợp chất có hoạt tính sinh học trong thực vật phụ thuộc vào mùa vụ trồng, thời gian sinh trưởng. Ngoài ra các hợp chất này cũng rất nhạy cảm với các điều kiện xử lý và chế biến (làm khô, trích ly, cô đặc, sấy phun). 1.2 Các quá trình công nghệ sử dụng trong nghiên cứu Phương pháp làm khô bằng cách phơi nắng/sấy có thể làm tổn thất một vài hợp chất hóa thực vật nếu các điều kiện làm khô không thích hợp. Sự không ổn định của các hợp chất phenolic từ thực vật có thể cho thấy tính nhạy cảm của các hợp chất này đối với các phương pháp làm khô. Tuy nhiên, trong một vài trường hợp, làm khô có thể thuận lợi hơn trong việc bảo vệ các hợp chất sinh học. Trích ly là phương pháp thu nhận các hợp chất có hoạt tính sinh học từ các bộ phận khác nhau của thực vật bằng dung môi chọn lọc. Thành phần trích ly được rất phức tạp và kém ổn định, hàm lượng hoạt chất lại thay đổi, vì phụ thuộc vào rất nhiều yếu tố: khí hậu và những yếu tố về địa lý, chế độ canh tác, bộ phận dùng, giai đoạn sinh trưởng, mức độ chế biến, hàm ẩm và kích thước, cách bảo quản. Trong công nghệ thực phẩm dung môi được sử dụng phổ biến là nước, kế đến là ethanol vì thân thiện với môi trường và ít độc hại. Cô đặc chân không là quá trình làm bay hơi nước trong thực phẩm dưới tác dụng của nhiệt nhằm mục đích làm tăng nồng độ chất khô của thực phẩm. Trong quá trình cô đặc, nguyên liệu đầu vào luôn ở dạng lỏng và có nồng độ chất khô ban đầu thường dao động 3
trong khoảng 1035%. Sau quá trình cô đặc, sản phẩm thu được cũng có dạng lỏng và nồng độ chất khô có thể lên đến 80%. Phương pháp cô đặc chân không tốn nhiều chi phí năng lượng, và ưu điểm vượt trội của phương pháp là hàm lượng chất khô trong thực phẩm sau quá trình cô đặc có thể tăng lên rất cao, giữ được tốt hơn hương vị và các hợp chất sinh học trong sản phẩm. Sấy phun là một quá trình phổ biến để chuyển nguyên liệu từ dạng lỏng sang dạng bột cho mục đích bảo quản, dễ dàng tồn trữ, vận chuyển, phân phối. Quá trình sấy phun thích hợp để sấy các nguyên liệu nhạy cảm với nhiệt vì thời gian tiếp xúc nhiệt của sản phẩm trong máy sấy ngắn. Một thuận lợi nổi trội nhất của sấy phun là khả năng chế biến được nhiều loại nguyên liệu và thu được sản phẩm có chất lượng tốt, hàm lượng các hợp chất có ích cho sức khỏe cao, như hợp chất phenolic, flavonoid, carotenoid, anthocyanin, tannin. Một số yếu tố ảnh hưởng đến chất lượng bột sấy phun như nồng độ chất khô của dịch trước khi sấy phun, loại chất trợ sấy, nhiệt độ sấy, tốc độ dòng nhập liệu, tốc độ dòng không khí sấy. Chương 2: Nguyên liệu và phương pháp nghiên cứu 2.1 Nguyên liệu nghiên cứu Nguyên vật liệu: Cây thuốc dòi (Pouzolzia zeylanica L. Benn) được trồng tại Khu thực nghiệm của Trường Đại học An Giang; các phụ gia sử dụng như đường sucrose RE (Công ty Đường Biên Hòa); carboxymethyl cellulose (CMC), maltodextrin DE15, xanthan gum, k-carrageenan, arabic gum (LD Carlson, Pháp); acid citric và acid ascorbic (Analar Normapur, Bỉ). Các hóa chất sử dụng trong nghiên cứu như acid gallic, quercetin, acid tannic, folin-ciocalteau, folin-denis, DPPH, TPTZ, và một số hóa chất phân tích khác có xuất xứ từ hãng Sigma/Aldrich, Mỹ và Merck, Đức hoặc hãng AR, Trung Quốc và Himedia, Ấn Độ. 2.2 Nội dung nghiên cứu Nội dung 2.1: Nghiên cứu ảnh hưởng của quá trình thu hoạch và xử lý sau thu hoạch đến hàm lượng các hợp chất có hoạt tính sinh học trong cây thuốc dòi 4
2.1.1 Khảo sát ảnh hưởng của mùa vụ trồng và thời điểm thu hoạch đến hàm lượng các hợp chất có hoạt tính sinh học Thí nghiệm được thực hiện trên diện tích đất trồng là 200 m2 tại khu thực nghiệm trường Đại học An Giang. Mỗi lô thí nghiệm 6 m2 và bố trí 3 lô cho một nghiệm thức. Giống thuốc dòi (sử dụng hom thân đỏ tím) được thu nhận từ hộ dân trồng ở xã Hòa Bình, huyện Chợ Mới, tỉnh An Giang. Triển khai trồng vụ 1 với thời gian 4 tháng từ tháng 1÷4 năm 2015 (thuộc mùa nắng, vì mùa nắng được tính từ tháng 12 của năm trước đến tháng 5 của năm sau) và vụ 2 với thời gian 4 tháng từ tháng 7÷10 năm 2015 (thuộc mùa mưa, vì mùa mưa được tính từ tháng 6 đến tháng 11 trong năm). Quy trình trồng, chăm sóc và bón phân được thực hiện theo một quy trình tham khảo, khi cây thuốc dòi có thời gian sinh trưởng (30, 45, 60, 75 và 90 ngày tuổi sau khi trồng) tiến hành thu hoạch nguyên cây. Các thông số chiều cao, năng suất, hàm ẩm, hàm lượng các hợp chất sinh học anthocyanin, flavonoid, tannin, polyphenol và khả năng chống oxy hóa của dịch trích (DPPH, FRAP và AAI) được xác định. 2.1.2 Khảo sát ảnh hưởng của nhiệt độ sấy/phơi và kích thước nguyên liệu đến hàm lượng các hợp chất có hoạt tính sinh học Tiến hành với khối lượng mẫu là 350 g, cây thuốc dòi thu hoạch với thời gian sinh trưởng tối ưu ở nghiên cứu 2.1.1 được rửa sạch, sau đó cắt nhỏ với kích thước khoảng 3÷5 cm hoặc để nguyên cây, nguyên liệu được trải đều lên khay inox (40 x 60 cm), đem sấy với nhiệt độ khảo sát từ (60÷100oC) trong tủ sấy (Hot-air Sterilizer, model YCO-010, Đài Loan) tới khi độ ẩm đạt cân bằng và mẫu đối chứng đem phơi nắng. Sau đó, đem các mẫu đi nghiền thành bột thô qua lỗ rây đường kính 3 mm, bột được chứa trong bao bì PP và đem trữ đông, sẵn sàng cho phân tích xác định hàm ẩm, hàm lượng carotenoids, chlorophyll, anthocyanin, flavonoid, polyphenol, tannin và khả năng chống oxy hóa dịch trích (DPPH, FRAP và AAI). 2.1.3 Khảo sát ảnh hưởng của hàm ẩm và kích thước nguyên liệu đến sự thay đổi các hợp chất sinh học theo thời gian bảo quản Các mẫu cây thuốc dòi được sấy khô với nhiệt độ sấy tối ưu của nghiên cứu 2.1.2 tới khi độ ẩm đạt 10,5% và một mẫu đạt 13,5%. 5
Sau đó, tiến hành cắt khúc (3÷5 cm) hoặc nghiền thành bột thô qua lỗ rây đường kính 3 mm, các mẫu được chứa trong bao bì PP và đem tồn trữ trong túi nhựa màu đen ở điều kiện nhiệt độ phòng. Sau mỗi tháng tiến hành lấy mẫu phân tích và đánh giá các chỉ tiêu về hàm lượng các hợp chất sinh học. Nội dung 2.2: Nghiên cứu chế biến sản phẩm cao dạng lỏng và bột hòa tan từ cây thuốc dòi 2.2.1 Khảo sát ảnh hưởng của điều kiện trích ly đến hàm lượng các hợp chất có hoạt tính sinh học Quá trình trích ly cây thuốc dòi khô bằng nước được thực hiện với các nhân tố khảo sát trong quá trình trích ly bao gồm: nhiệt độ (63, 70, 80, 90, 97oC), thời gian (13, 20, 30, 40, 47 phút) và tỷ lệ dung môi nước/nguyên liệu (17/1, 20/1, 25/1, 30/1, 33/1 v/w). Sử dụng phương pháp bề mặt đáp ứng từ phần mềm STATGRAPHIC PLUS XVI để bố trí thí nghiệm và tối ưu hóa các nhân tố. Mỗi nhân tố được khảo sát với 5 mức độ (-α, -1, 0, +1, +α); với α = ± 1,682. Thí nghiệm được thiết kế theo kiểu phức hợp trung tâm với mô hình Central Composite Design 23 + star. Tổng số mẫu thí nghiệm: 20 mẫu bao gồm 6 lần lặp lại ở điểm trung tâm. Thiết bị trích ly sử dụng có dung tích 10 lít, có cánh khuấy, bộ điều khiển nhiệt. Mỗi mẫu trích ly được thực hiện 5 lít. Sau đó tiến hành lọc qua vải lọc cotton và giấy lọc (Whatman’s No.1); tiến hành phân tích độ hấp thu màu Abs, chất khô hòa tan và hàm lượng các hợp chất sinh học. 2.2.2 Khảo sát ảnh hưởng của việc bổ sung acid citric, carboxymethyl cellulose (CMC) và oBrix của dung dịch đến giá trị cảm quan và hàm lượng các chất có hoạt tính sinh học Quá trình phối chế dịch trích có ảnh hưởng rất lớn đến giá trị cảm quan về màu sắc, mùi vị và trạng thái của sản phẩm cao cũng như độ bền của các hoạt chất sinh học. Vì thế các nhân tố khảo sát trong quá trình phối chế gồm: lượng acid citric (0,1÷0,5%), chất khô hòa tan (12÷28oBrix) và CMC bổ sung (0,1÷0,5%). Bố trí thí nghiệm tương tự như ở mục 2.2.1. Mỗi mẫu thí nghiệm 15 lít dịch trích thuốc dòi với điều kiện trích ly tối ưu ở nghiên cứu 2.2.1. Tiến hành 6
cô đặc ở độ chân không 600 mmHg trong thời gian 40 phút. Các chỉ tiêu cảm quan và hóa lý của sản phẩm được xác định. 2.2.3 Khảo sát ảnh hưởng của quá trình cô đặc chân không đến giá trị cảm quan và hàm lượng các hợp chất sinh học Trong quá trình cô đặc chân không, áp suất và thời gian cô đặc là hai thông số có ảnh hưởng lớn đến chất lượng sản phẩm. Vì thế, thí nghiệm được bố trí với hai nhân tố gồm: Độ chân không (550, 600, 650 mmHg) và thời gian cô đặc (30, 35, 40 phút). Sử dụng phương pháp bề mặt đáp ứng để bố trí và tối ưu hóa các biến. Mỗi nhân tố được khảo sát với 3 mức độ (-1, 0, +1). Thí nghiệm được thiết kế theo kiểu phức hợp trung tâm với mô hình (3-level factorial design: 32). Tổng số mẫu thí nghiệm: 13 mẫu gồm 5 lần lập lại ở điểm tâm. Các bước thực hiện tương tự như mục 2.2.2. 2.2.4 Khảo sát ảnh hưởng của loại gum, tỷ lệ maltodextrin và tỷ lệ gum bổ sung đến các tính chất lý hóa của sản phẩm Quá trình phối chế chất mang như maltodextrin và các loại gum vào dịch trích thuốc dòi trước khi sấy phun có ảnh hưởng rất lớn các đặc tính lý hóa của sản phẩm (như hàm ẩm, kích thước hạt, hàm lượng các hợp chất sinh học). Vì thế các nhân tố được khảo sát gồm loại gum (arabic, xanthan và carrageenan), tỷ lệ maltodextrin bổ sung (5÷15%), tỷ lệ gum bổ sung (0,06÷0,1%). Bố trí thí nghiệm tương tự như mục 2.2.3 cho từng loại gum. Mỗi mẫu thí nghiệm được thực hiện với 1 lít dịch trích thuốc dòi. Tiến hành sấy phun với nhiệt độ 180oC, tốc độ dòng nhập liệu 18 rpm. Các đặc tính hóa lý của bột sấy phun được xác định. 2.2.5 Khảo sát ảnh hưởng của nhiệt độ sấy phun và mức độ dòng nhập liệu đến giá trị cảm quan, chất lượng sản phẩm Trong thí nghiệm này, nhân tố khảo sát trong quá trình sấy gồm nhiệt độ không khí sấy (170÷190oC) và mức độ dòng nhập liệu (16÷20 rpm). Các điều kiện khác của quá trình sấy được cố định. Thí nghiệm được bố trí tương tự như mục 2.2.3. Mỗi mẫu thí nghiệm được thực hiện với 1 lít dịch trích thuốc dòi. Tiến hành sấy phun với 7
nhiệt độ, tốc độ dòng nhập liệu như bố trí. Các đặc tính hóa lý của bột sấy phun được xác định. 2.2.6 Khảo sát ảnh hưởng của tỷ lệ đường sucrose và acid ascorbic phối trộn đến giá trị cảm quan của sản phẩm Thí nghiệm được bố trí hoàn toàn ngẫu nhiên với hai nhân tố: đường sucrose (10, 15, 20%) và acid ascorbic (0,05; 0,1; 0,15%) với ba lần lặp lại. Bột thuốc dòi thu nhận sau khi sấy phun với các điều kiện tối ưu của mục 2.2.4 và 2.2.5 được phối trộn đường và acid ascorbic như bố trí, sau đó pha trong nước nóng 70oC, thu được dịch trà thuốc dòi. Mức độ chấp nhận và tính chất vật lý của dịch trà được xác định. 2.2.7 Theo dõi sự thay đổi hàm lượng các hợp chất sinh học của sản phẩm cao lỏng và bột hòa tan thưốc dòi trong quá trình bảo quản Cao thuốc dòi được chứa trong keo thủy tinh (250 ml), được bảo quản ở nhiệt độ phòng và ở nhiệt độ lạnh (ngăn mát của tủ lạnh). Đối với bột thuốc dòi được đựng trong hộp nhựa (100g) và bảo quản ở nhiệt độ phòng. Sau mỗi tháng lấy mẫu phân tích các chỉ tiêu hóa lý của sản phẩm. Nội dung 2.3: Phân tích các đặc tính chức năng và khả năng thương mại hóa của sản phẩm 2.3.1 Xác định khả năng chống oxy hóa của sản phẩm 2.3.2 Khảo sát hoạt tính kháng khuẩn và tác dụng theo hướng điều trị bệnh đường hô hấp 2.3.3 Bước đầu khảo sát mức độ chấp nhận của người tiêu dùng đối với sản phẩm 2.3 Phương pháp phân tích Luận án sử dụng phương pháp quang phổ so màu (UV-VIS) để định lượng anthocyanin, flavonoid, polyphenol, tannin, carotenoid và chlorophyll; xác định khả năng chống oxy hóa thông qua phương pháp DPPH, FRAP, AAI; xác định chỉ số hóa nâu không enzyme (NEB); sử dụng kỹ thuật chụp SEM để xác định kích thước hạt bột sấy phun. Sử dụng phương pháp hồi quy logistic, mô tả cho điểm và thang điểm 8
Hedonic để xác định các chỉ tiêu cảm quan. Sử dụng thiết bị Colorimetter để xác định các thông số màu sắc (L, a, b và E) 2.4 Phương pháp xử lý số liệu Sử dụng phương pháp bề mặt đáp ứng để bố trí và tối ưu hóa các thông số thí nghiệm. Kết quả tối ưu của thí nghiệm trước được làm cơ sở cho việc bố trí các thí nghiệm sau. Thí nghiệm được thiết kế theo kiểu phức hợp điểm tâm (Central composite design 23+star) và (3-level factorial design: 32) bằng phần mềm thống kê STATGRAPHIC PLUS XVI. Mức độ phù hợp của mô hình dự đoán được đánh giá thông qua hệ số xác định tương quan R2 và giá trị P của Lack of fit. Phương trình tối ưu hóa bề mặt đáp ứng của các thí nghiệm có dạng chung (phương trình 2.1). Y   o   ik1  i X i   ik1 ii X i2  ik11  kj  2  ij X i X j (2.1) i j Trong đó: Y - chỉ tiêu cần thu nhận; β0 - hằng số; βi - hệ số tuyến tính; βii - hệ số bình phương; βij - hệ số tương tác; Xi, Xj - các biến khảo sát. Các kết quả thu được trong các thí nghiệm và thử nghiệm được biểu thị bằng số trung bình Mean±SD.Bên cạnh đó, phần mềm Microsoft Excel cũng được sử dụng để tính toán và vẽ các đồ thị; sử dụng phần mềm STATGRAPHIC PLUS XVI phân tích phương sai ANOVA, kiểm tra mức độ khác biệt ý nghĩa của các nghiệm thức thông qua LSD (độ khác biệt nhỏ nhất) với mức độ tin cậy thấp nhất 95%. Giá trị STD được tính theo công thức: (2.2) Trong đó: n - số lần lặp lại ; Xi - lần phân tích thứ i; X - giá trị trung bình Chương 3: Kết quả và thảo luận 3.1 Ảnh hưởng của quá trình thu hoạch và xử lý sau thu hoạch đến hàm lượng các hợp chất có hoạt tính sinh học trong cây thuốc dòi 9
3.1.1 Ảnh hưởng của mùa vụ trồng và thời điểm thu hoạch đến hàm lượng các hợp chất có hoạt tính sinh học Kết quả trình bày ở Hình 3.1, 3.2 và 3.3 cho thấy cây thuốc dòi được trồng trong mùa nắng có chứa các hợp chất sinh học cao hơn mùa mưa; các hợp chất có giá trị cao trong giai đoạn 30-60 ngày tuổi, giảm mạnh ở 75 ngày tuổi nhưng sau đó có khuynh hướng tăng nhẹ ở 90 ngày tuổi. Tuy nhiên, năng suất thu hoạch thì ngược lại. Do đó, hiệu quả thu nhận hợp chất sinh học và hoạt động chống oxy hóa cao khi cây thuốc dòi ở giai đoạn 45÷60 ngày tuổi sau khi trồng. 2,4 1,5 1,38b Năng suất (tấn/1000 m2) Năng suất (tấn/1000 m2) 2,0 1,4 1,47cd 1,54d 1,43c 1,25a 1,6 1,23b 1,3 1,2 0,93a 1,2 0,8 0,4 1,1 0,0 1,0 30 45 60 75 90 Mùa nắng Mùa mưa Thời gian sinh trưởng (ngày) Mùa vụ trồng (a) (b) Hình 3.1: Năng suất thu hoạch cây thuốc dòi theo thời gian sinh trưởng (a), theo mùa vụ trồng (b) 70 60 Hàm lượng anthocyanin 49,91a Hàm lượng anthocyanin 50,67a 50 (mgCE/100g FW) 60 (mgCE/100g FW) 48,05b 44,66c 50 40 33,87b 35,53d 40 30,55e 30 30 20 20 10 10 0 30 45 60 75 90 Mùa nắng Mùa mưa Thời gian sinh trưởng (ngày) Mùa vụ trồng (a) (b) Flavonoid Polyphenol Tannin (mgQE/g FW) (mgGAE/g FW) (mgTAE/g FW) 8 Mùa nắng Mùa mưa Hàm lượng hợp chất sinh học Hàm lượng hợp chất sinh học 8 6 5,19a 6 4,51b 4,99a 5,18a 4,34b 4,01b 3,98c 3,70a 4 4 3,29b 3,48b 3,97a 3,55b 2,20a 3,52b 2,93c 1,86b 2 2 2,2ab 2,29a 1,97c 2,11b 1,59d 0 0 30 45 60 75 90 Flavonoid Polyphenol Tannin Thời gian sinh trưởng (ngày) (mgQE/g FW) (mgGAE/g FW) (mgTAE/g FW) (c) (d) Hình 3.2: Hàm lượng anthocyanin (a, b) và flavonoid, polyphenol và tannin (c, d) trung bình theo thời gian sinh trưởng và mùa vụ trồng 10
8 8 Chỉ số chống oxy hóa AAI Chỉ số chống oxy hóa AAI 5,67a 6 5,48a 6 5,50a 4,95b 4,50b 4 4,96b 4 3,89c 2 2 0 30 45 60 75 90 Mùa nắng Mùa mưa Thời gian sinh trưởng (ngày) Mùa vụ trồng (a) (b) DPPH (%) FRAP (mMFeSO4/g FW) Mùa nắng Mùa mưa Hoạt động chống oxy hóa 100 100 Hoạt động chống oxy hóa 84,26 83,7 74,12 77,03 82,36a 80 68,21 80 72,56b 70,19a 72,66 63,93b 60 65,4 70,54 67,17 60 59,52 40 30 45 60 75 90 40 Thời gian sinh trưởng (ngày) DPPH (%) FRAP (mM FeSO4/g FW) (c) (d) Hình 3.3: Hàm lượng anthocyanin (a, b) và flavonoid, polyphenol và tannin (c, d) trung bình theo thời gian sinh trưởng và mùa vụ trồng 3.1.2 Ảnh hưởng của nhiệt độ sấy/phơi và kích thước nguyên liệu đến sự khử nước và các đặc tính chất lượng của cây thuốc dòi Kết quả nghiên cứu được thể hiện ở Hình 3.4, Bảng 3.1 cho thấy khả năng thoát ẩm trong thời gian sấy ban đầu của mẫu cắt khúc (CK) chậm hơn mẫu nguyên cây (NC), tuy nhiên lại nhanh hơn ở giai đoạn sau và đạt hàm ẩm cuối thấp hơn. Khi nâng cao nhiệt độ sấy từ 60-100oC thời gian sấy được rút ngắn từ 720 xuống 230 phút. Hàm lượng các hợp chất sinh học và hoạt động chống oxy hóa bị giảm đi nhiều nhất ở mẫu sấy 70-80oC. Cây thuốc dòi được làm khô ở dạng NC duy trì các hợp chất sinh học, hoạt động chống oxy hóa tốt hơn dạng CK. Ngoài ra, nghiên cứu còn phân tích động học của sự phân hủy nhiệt các hợp chất sinh học, kết quả cho thấy hằng số tốc độ phân hủy (k) các hợp chất sinh học tăng theo nhiệt độ sấy, có sự khác biệt giữa kích thước nguyên liệu đem sấy, năng lượng hoạt hóa (Ea) cho sự phân hủy các hợp chất anthocyanin, flavonoid, polyphenol và tannin dao động trong khoảng 28,07÷46,37 kJ/mol và tuân theo mô hình động học bậc nhất trong khoảng khảo sát. Nhiệt độ sấy 60oC hoặc phơi nắng duy trì tốt các đặc tính của nguyên liệu thuốc dòi và được lựa chọn làm thông số cho các nghiên cứu tiếp theo. 11
(a) (b) Hình 3.4: Đồ thị biểu diễn sự giảm ẩm của nguyên liệu thuốc dòi trong quá trình sấy ở dạng (a) nguyên cây-NC và (b) cắt khúc-CK Bảng 3.1: Ảnh hưởng của nhiệt độ và kích thước nguyên liệu đến hàm lượng các hợp chất sinh học và hoạt động chống oxy hóa của cây thuốc dòi khô Anthocyanin Flavonoid Polyphenol Tannin Dạng nguyên liệu (mgCE/100g) (mgQE/g) (mgGAE/g) (mgTAE/g) Nguyên cây 22,68a 5,30a 10,35a 6,78a b Cắt khúc 17,69 4,91b 9,43b 6,22b Phơi/nhiệt độ sấy Anthocyanin Flavonoid Polyphenol Tannin (oC) (mgCE/100g) (mgQE/g) (mgGAE/g) (mgTAE/g) Phơi nắng 37,54a 5,68a 12,00a 7,10a b 60 35,87 5,83a 11,67a 7,25a c 70 22,39 4,76bc 8,17d 5,86c d 80 9,35 4,52c 8,41d 5,92c e 90 8,31 4,85bc 9,14c 6,15bc e 100 7,64 4,98b 9,97b 6,70ab Dạng nguyên DPPH FRAP Chlorophyl Carotenoid AAI liệu (%) (MFeSO4/g) a (mg/g) (mg/g) Nguyên cây 7,95a 64,89a 85,30a 0,455a 1,714a b b Cắt khúc 7,31 62,50 82,91b 0,429b 1,627b Phơi/nhiệt độ DPPH FRAP Chlorophyl Carotenoid AAI sấy (oC) (%) (MFeSO4/g) (mg/g) (mg/g) Phơi nắng 8,62a 66,37ab 87,31a 0,468a 1,663c a a 60 8,52 66,80 88,35a 0,467a 1,644c c c 70 6,48 59,46 80,97c 0,447b 1,492d c c 80 6,57 60,42 79,73c 0,440b 1,609c b ab 90 7,67 64,82 84,41b 0,428c 1,757b ab b 100 7,93 64,31 83,87b 0,402d 1,859a Ghi chú:Các trung bình nghiệm thức mang các ký tự khác nhau trong cùng một cột thể hiện sự khác biệt có ý nghĩa thống kê P0,01. 12
3.1.3 Ảnh hưởng của thời gian bảo quản đến sự thay đổi hàm lượng các hợp chất sinh học trong nguyên liệu thuốc dòi khô Kết quả trình bày ở Hình 3.5 cho thấy hàm lượng các hợp chất sinh học đều suy giảm sau 12 tháng bảo quản ở điều kiện nhiệt độ phòng. Trong đó, hàm lượng anthocyanin trong các mẫu có sự tổn thất nhiều nhất 68,21÷83,48%; kế đến là tannin 33,88÷64,81%; flavonoid từ 38,04÷56,68% và polyphenol từ 30,42÷55,68%. 60 8 Hàm lượng anthocyanin CK1 CK2 B1 B2 50 7 CK1 CK2 B1 B2 Hàm lượng flavonoid (mgCE/100g) 6 40 (mgQE/g) 5 30 4 20 3 2 10 1 0 0 0 2 4 6 8 10 12 14 0 2 4 6 8 10 12 14 Thời gian bảo quản (tháng) Thời gian bảo quản (tháng) (a) (b) 18 10 CK1 CK2 B1 B2 Hàm lượng polyphenol 15 CK1 CK2 B1 B2 Hàm lượng tannin 8 (mgTAE/g) (mgGAE/g) 12 6 9 4 6 2 3 0 0 0 2 4 6 8 10 12 14 0 2 4 6 8 10 12 14 Thời gian bảo quản (tháng) Thời gian bảo quản (tháng) (c) (d) Hình 3.5: Đồ thị biểu diễn sự tổn thất hàm lượng anthocyanin (a), flavonoid (b), polyphenol (c) và tannin (d) của các mẫu sau 12 tháng bảo quản 3.2 Nghiên cứu chế biến sản phẩm từ cây thuốc dòi 3.2.1 Ảnh hưởng của điều kiện trích ly đến hàm lượng các hợp chất sinh học, độ hấp thu màu Abs và chất khô hòa tan Kết quả nghiên cứu cho thấy các thông số trích ly (nhiệt độ, thời gian và tỷ lệ nước/thuốc dòi) đều có ảnh hưởng theo mô hình bậc 2 đến hàm lượng các hợp chất có hoạt tính sinh học (anthocyanin, flavonoid, polyphenol và tannin) trong dịch trích ly thu được. Khi nhiệt độ và thời gian trích ly tăng thì hàm lượng các hợp chất sinh học 13
có khuynh hướng tăng, tuy nhiên tăng tới điểm tối ưu và sau đó có khuynh hướng giảm đi. Trong khi đó, tỷ lệ nước/nguyên liệu trích ly tăng thì hàm lượng các hợp chất sinh học có khuynh hướng tăng và tăng tới điểm tối ưu sau đó cân bằng hoặc giảm nhẹ. Khi nhiệt độ, thời gian và tỷ lệ nước/thuốc dòi trích ly tăng thì độ hấp thu màu sắc của dịch trích ly và hàm lượng chất khô hòa tan tăng. Qua phân tích ANOVA, cho thấy các mô hình dự đoán các hàm mục tiêu có hệ số xác định tương quan R2 và giá trị P của Lack of fit đều lớn hơn 0,05. Sự tương thích giữa số liệu dự đoán và thực nghiệm cũng rất cao với R20,0981. Kết quả tối ưu hóa đồng thời nhiều bề mặt đáp ứng tìm được thông số chung cho quá trình trích ly là 81,17oC, trong 30,10 phút và tỷ lệ nước/thuốc dòi 26,86/1 (v/w) (Hình 3.6). (a) (b) Hình 3.6: Đồ thị contour thể hiện sự tối ưu hóa đồng thời nhiều bề mặt đáp ứng theo nhiệt độ và thời gian (a), theo nhiệt độ và tỷ lệ nước/thuốc dòi (b) (trong đó có 1 nhân tố được cố định ở điểm tâm) Các thông số tối ưu tìm được từ mô hình dự đoán được tiến hành kiểm định lại và kết quả cho thấy ở nhiệt độ trích ly 81oC, trong thời gian 30 phút với tỷ lệ nước/thuốc dòi 27/1 (v/w) thì giá trị của các hàm mục tiêu quan trọng như anthocyanin, flavonoid, polyphenol, tannin phân tích/dự đoán lần lượt là 22,46/23,39 mgCE/100g; 566,6/563 mgQE/100g; 904/921 mgGAE/100g; 654/643 mg/100g DM. 3.2.2 Ảnh hưởng của quá trình phối chế chất điều vị và tạo độ nhớt đến hàm lượng các hợp chất sinh học và giá trị cảm quan của sản phẩm Tương tự, nghiên cứu ở mục 3.2.1. Kết quả nghiên cứu này cho thấy các hợp chất sinh học sẽ được duy trì tốt trong sản phẩm khi có sự cân đối giữa hàm lượng chất tạo mạng gel CMC và các chất hỗ trợ như đường sucrose và acid citric. Bên cạnh đó, các hợp chất anthocyanin, flavonoid, polyphenol và tannin thường chứa nhiều nhóm -OH phenol trong cấu tạo phân tử do đó có khả năng liên kết 14
với nhau hoặc với các hợp chất như đường để tạo thành dạng glycoside ổn định. Kết quả phân tích thống kê ANOVA cho thấy các mô hình dự đoán cho các chỉ tiêu hóa lý của sản phẩm có hệ số xác định tương quan R2 0,976 và giá trị P cho Lack of fit  0,0717. Kết quả tối ưu hóa đồng thời nhiều bề mặt đáp ứng đã tìm được thông số phối chế chung là 0,307% acid citric, 19,437oBrix và 0,281% CMC. Ngoài ra, kết quả phân tích cảm quan bằng phương pháp hồi quy logistic cho thấy sự tương quan giữa tỷ số khả dĩ với hàm lượng acid citric, oBrix và CMC phối chế vào dịch trích với khả năng chấp nhận sản phẩm (tỷ số Odd) cao nhất đạt được là 0,284%, 21,5oBrix và 0,29% lần lượt (Hình 3.7). Kết quả được chọn cho nghiên cứu tiếp theo là 0,29% acid citric, 20oBrix và 0,29% CMC. (a) (b) Hình 3.7: Tương quan giữa tỷ số khả dĩ với oBrix và CMC (a) và acid citric và o Brix (b) của sản phẩm nước thuốc dòi cô đặc, trong đó có một nhân tố được giữ ở điểm tâm 3.2.3 Ảnh hưởng của quá trình cô đặc chân không đến hàm lượng các hợp chất có hoạt tính sinh học và giá trị cảm quan của sản phẩm Kết quả nghiên cứu cho thấy hàm lượng các hợp chất hầu hết đều giảm khi giảm độ chân không từ 650÷550 mmHg, tương ứng với sự gia tăng nhiệt độ cô đặc từ 60÷70oC. Tuy nhiên, thời gian cô đặc có ảnh hưởng theo mô hình bậc hai không rõ ràng lên hàm lượng các hợp chất sinh học. Khi dịch trích thuốc dòi được cô đặc ở độ chân không 550 mmHg (70±2oC), thời gian cô đặc có sự ảnh hưởng đáng kể hơn khi cô đặc ở độ chân không 650 mmHg (60±2oC). Kết quả tối ưu hóa đồng thời nhiều bề mặt đáp ứng đã tìm được thông số cô đặc chung là 618,469 mmHg và 32,713 phút, chất khô hòa tan đạt được 45oBrix, duy trì được các hợp chất sinh học cao nhất (Hình 3.8). Tuy nhiên, kết quả ghi nhận cảm quan của 13 mẫu nghiên cứu với điều kiện cô đặc khác nhau thì có 3 mẫu được cho là đạt yêu cầu về độ 15
sánh đặc của sản phẩm cao lỏng (oBrix từ 50÷60) là các mẫu được cô đặc ở 550 mmHg trong 30 phút; 600 mmHg trong 35 phút và 600 mmHg trong 40 phút. Kết quả đánh giá cảm quan (Hình 3.9) cho thấy mẫu được cô đặc ở 600 mmHg trong thời gian 40 phút được yêu thích nhất và chất khô hòa tan cuối đạt được là 60oBrix. Hàm lượng anthocyanin, flavonoid, polyphenol và tannin lần lượt là 2,85 mgCE/100g; 3,81 mgQE/g; 8,05 mgGAE/g và 6,12 mgTAE/g DM. Màu sắc 8 7,22a 7 3,82a 6 3,79a 6,33b 5 6,56ab 4 3,46b 3 2 1 Mức độ ưa thích 0 Mùi vị 4,06a 3,93a 3,71b 3,38b 4,08a 3,91a Trạng thái Mẫu 1 Mẫu 2 Mẫu 3 Hình 3.8: Đồ thị contour thể hiện sự tối ưu Hình 3.9: Đồ thị biểu diễn điểm hóa đồng thời nhiều bề mặt đáp ứng theo áp cảm quan trung bình của 3 mẫu suất và thời gian cô đặc khác nhau được ghi nhận đạt yêu cầu/13 mẫu 3.2.4 Ảnh hưởng của quá trình phối chế chất mang đến hàm lượng các hợp chất có hoạt tính sinh học trong sản phẩm Kết quả nghiên cứu trình bày ở Bảng 3.2 và Hình 3.10 và 3.11 cho thấy khi kết hợp maltodextrin và 3 loại gum (arabic, carrageenan và xanthan) trong quá trình sấy phun dịch trích thuốc dòi, bột sản phẩm thu được có các đặc tính lý hóa như kích thước hạt, chỉ số hóa nâu không enzyme (NEB), hàm ẩm, hoạt độ nước, giá trị màu sắc (L, a, b và E) và hàm lượng các hợp chất sinh học (anthocyanin, flavonoid, polyphenol và tannin) khác nhau. Sự kết hợp maltodextrin và arabic được xem là tối ưu nhất. Arabic Carrageenan Xanthan Hình 3.10: Hình chụp SEM của các mẫu bột sấy phun với 3 loại gum khác nhau 16