Nghiên cứu quá trình tạo hệ nhũ tương nano tinh dầu tiêu đen và ứng dụng bảo quản thực phẩm

I H C QU C GIA TP H CHÍ MINH TR NG I H C BÁCH KHOA LÝ TH MINH HI N NGHIÊN C U QUÁ TRÌNH T O H NH T NG NANO TINH D U TIÊU EN VẨ NG D NG B O QU N TH C PH M LU N ÁN TI NăS TP H CHÍ MINH ậ N εăβ0ββ I H C QU C GIA TP H CHÍ MINH TR NG I H C BÁCH KHOA LÝ TH MINH HI N NGHIÊN C U QUÁ TRÌNH T O H NH T NG NANO TINH D U TIÊU EN VẨ NG D NG B O QU N TH C PH M Chuyên ngành: Công Ngh Th c Ph m Mã s chuyên ngành: 62540101 Ph n bi năđ c l p 1: Ph n bi năđ c l p 2: Ph n bi n 1: GS.TS Nguy n C u Khoa Ph n bi n 2: PGS.TS Ph măV năHùng Ph n bi năγμăPGS.TS.ăVõă ìnhăδ Tâm NG IăH GS.TS.ă NG D N: ng Th Anhă Ơo L I CAM OAN Tácăgi ăxinăcamăđoanăđơyălƠăcơngătrìnhănghiênăc uăc aăb năthơnătácăgi ăCácăk tăqu ă nghiên c uăvƠăcácăk tălu nătrongălu năánănƠyălƠătrungăth c,ăvƠăkhôngăsaoăchépăt ăb tăk ă m tăngu nănƠoăvƠăd có)ăđưăđ iăb tăk ăhìnhăth cănƠo.ăVi căthamăkh oăcácăngu nătƠiăli uă(n uă căth căhi nătríchăd năvƠăghiăngu nătƠiăli uăthamăkh oăđúngăquyăđ nh Tácăgi ălu năán Ch ký δýăTh ăεinhăHi n i TịM T T LU N ÁN K ăthu tănanoăhi nănayăđ căquanătơmănghiênăc uătrongănhi uăl nhăv c.ăTrongăcôngă nghi păch ăbi năth căph m,ăk ăthu tănƠyăcóăth ă ngăd ngănh măt ngăc ngăkh ăn ngă phơnătánăcácăthƠnhăph nă aăbéoăvƠoămôiătr căthôngăquaă h ănh ăt ngăth căph măch aănhi uăn ngănano.ăTinhăd uătiêuăđenălƠăm tăh năh păcóăngu năg căt ănhiênăvƠăđ că minhăch ngăkh ăn ngă khángă viăsinhă v tă thôngăquaăvi căs ăd ngătrongăch ăbi nă th că ph mătruy năth ngăvƠăcácăcơngăb ăkhoaăh căv ăho tătínhăkhángăviăsinhăv t.ă ă ngăd ngă hi uăqu ălo iătinhăd uănƠyătrongăb oăqu năth căph măcóăth ăs ăd ngăh ăphơnătánălƠănh ă t ngănano.ăTrongănghiênăc uănƠy,ăh ănh ăt c uăt oăthƠnhăb ngăhaiăph ngănanoătinhăd uătiêuăđenăđ ngăphápăđ oăphaăbaoăg mμăPh (Phaseă Inversionă Temperature)ă vƠă Ph cănghiênă ngăphápănhi tăđ ăđ oăphaă ngă phápă mă đ oă phaă (Emulsionă Phaseă Inversion)ăđ ăch năraăquyătrìnhăphùăh pănh t.ăK tăqu ăchoăth yăph ngăphápăEPIăchoă k tăqu ăt oăthƠnhăh ă năđ nhăh năv ăđ cătínhăhốălýăkhiăl uăm uătrongăth iăgiană4ătu nă vƠăhi uăsu tămangătinhăd uăc ngăcaoăh năđ tăkho ngă70%.ăăNh măhoƠnăthi năquyătrìnhă t oăthƠnhăh ănh ăt ngănanoăb ngăph ki năl nhăđơngă-15oCăđ kíchăth ngăphápăEPI,ăqătrìnhă năđ nhăh ăβ4ăgi ă ăđi uă căkh oăsát.ăSauăqătrìnhăđơngăl nhăvƠărưăđông, c ăhaiăch ătiêuă căgi tăvƠăch ăs ăđaăphơnătánăđ uăgi m,ăl năl Trongăkhi,ăkíchăth căđ tăđ tăcácăgiáătr ă18,6ănmăvƠă0,087.ă căduyătrìăbéăh năβ0ănmăsauă6ăthángăl uăm uăthìăch ăs ăđaăphơnă tánăt ngălênăvƠăđ tă0,608.ăH ătr iăquaăđôngăl nhăậ rưăđôngăchoăth yăs ăkhácăbi tăv iăh ă khôngă đôngă l nhă v ă đ că mă nhi tă đ ngă h că khiă ti nă hƠnhă phơnă tíchă haiă m uă b ngă ph ngăphápănhi tăquétăviăsaiă(DSC)ăvƠăphơnătíchătr ngăl ngănhi tă(TGA).ăNgoƠiăra,ă s ă năđ nhăđ căđi măhốălýăvƠăthƠnhăph năcácăch tăd ăbayăh iăc aăh ătr iăquaăđơngăl nhă c ngăkéoădƠiăh năh ăđ iăch ngăkhơngăđơngăl nh Ho tătínhăch ngăoxyăhốăc aăm uătinhăd uătiêuăđenănanoăđ că năđ nhăb ngăqătrìnhă l nhăđơngăậ rưăđôngăcaoăh năsoăv iătinhăd uăt ădoăvƠăm uănanoătinhăd uăkhôngăl nhă đông.ăC ăth ăch ăs ăIC50 xácăđ nhătrênăDPPHăc aăm uănanoăl nhăđôngăth păh năcácăm uă tinhăd uăt ădoăvƠăm uănanoăkhôngăl nhăđôngăkho ngăβămg/mδ.ăNgoƠiăra,ăm uănanoătinhă d uăt iă uătrongănghiênăc uăcóăs ăgi măho t tínhăch ngăoxyăhốăsauăth iăgianăl uăm uă 6ătháng,ăt ngă ngăgiáătr ăIC50 t ngăt ă18,99ămg/mδălênăβ8,77ămg/mδ ii ε uănh ăt ngănanoătinhăd uătiêuăđen EPI năđ nhăb ngăqătrìnhăl nhăđơngăβ4ăgi ăsauă đóărưăđơngă ănhi tăđ ăphịngăđ c ti păt c s ăd ngătrongăcácănghiênăc uăđánhăgiáăkh ă n ngăkhángăviăkhu năgơyăng ăđ căth căph măb ngăph ngăphápăphaăloưng.ăT ăđóăxácă đ nhăgiáătr ăεICăvƠăεBCăc aăh ătrênăcácăch ngăviăkhu năbaoăg mμăEscherichia coli, Pseudomonas aeruginosa, Salmonella enterica Staphylococcus aureus Trongă đó,ă kh ăn ngă căch ăc aăh ănanoănƠyăt tănh tătrênăE coli S enterica v iăgiáătr ăεICăth p,ă l năl tălƠă1γ7ăµg/mδăvƠăβ7γăµg/mδ.ăDoăv y,ăhaiălo iăviăkhu nănƠyăđ căti păt căs ă d ngăđ ăgơyănhi mătrênăth tăheoăvƠăđánhăgiáăkh ăn ngă căch ăviăkhu năc a h ănanoătinhă d uătiêuăđenătrênămôiătr ngăth căph m.ăVƠă ăt tăc ăcácănghi măth căch aănanoătinhăd uă tiêuăđenăv iăcácăn ngăđ ăkhácănhauăđ uăth ăhi năs ă căch ăc ăhaiălo iăviăkhu năv iăs ă khácăbi tăcóăýăngh aăsoăv iăm uăđ iăch ng.ăThêmăvƠoăđó,ăvi căb ăsungăh ănanoătinhăd uă tiêuăđenănh ăm tăch tăph ăgiaăvƠoăth tăheo,ăth tăgƠăvƠăth tăbòăxayăđ uăchoăth yăgi măm tă đ ăviăsinhăv tăhi uăkhíăcóătrênăth tătrongăth iăgiană6ăngƠyăb oăl nhăsoăv iăm uăđ iăch ng.ă Cácăk tăqu ăghiănh năđ nh ăt căv ăđ cătínhăhốălýăvƠăho tătínhăkhángăviăkhu năc aăh ă ngănanoătinhăd uătiêuăđenătrongănghiênăc uăchoăphépăm ăraăcácănghiênăc uăti pă theoăđ ăthúcăđ yăvƠăhoƠnăthi năquáătrìnhă ngăd ngăh ănƠyătrongăb oăqu năth căph m.ă NgoƠiăra,ăcungăc păthêmăđ nhăh ngăchoăcácănghiênăc uăv ăphơnătánăch tăcóăho tătínhă ch ngătrongăth căph măthơngăquaăk ăthu tănanoănóiăchungăvƠăh ănh ăt ngănanoă nói riêng iii ABSTRACT Nanoemulsion has been a common system for dispersion lipophilic compounds in many fields including food, pharmacy and cosmetic Black pepper essential oil is a mixture of lipophillic substances which have been prove to have antimicrobial activity in many recent studies In our research, black pepper essential oil had been loaded in nanoemulsion with Tween 80 as surfactant The two low ậ energy methods: Phase Inversion Temperature and Emulsion Phase Inversion were compared to find out better method for our system The results showed that EPI nanoemulsions more stable than PIT samples after weeks Moreover, loading efficiency of EPI samples were higher (70%), but average droplet size and polydispersity index of them were lower than those of PIT nanoemulsions In order to improve characteristics, EPI nanoemulsions had been frozen at -15oC for 24 hours This frozen process had decreased not only droplet size of nanoemulsion from 32.4 nm to below 20 nm, but also polydisperisity index from 0.453 to below 0.1 It meant that the black pepper essential oil nanoemulsion changed physicochemical properties after frozen-thawed step The DSC and TGA analysis also presented various thermal properties between nanoemulsions with and without freezingand-thawing Besides, the frozen-thawed nanoemulsions were indicated more steadiness when they almost retained their transparent state without phase separation, small droplet (< 20 nm) and low PdI after months While the unfrozen nanoemulsions were unstable after weeks Moreover, antioxidant acitivity of the frozen-thawed nanoemulsions were also higher than the others (free essential oils and unfrozen nanoemulsions) with the lowest IC50 index in DPPH inhibition test Then, our optimum black pepper essential oil nanoemulsion was evaluated antibacterial activity against some common food pathogens: Escherichia coli, Pseudomonas aeruginosa, Salmonella enterica and Staphylococcus aureus by dilution method And the low MICs of 137 µg/mL for E coli and 273 µg/mL for S enterica were obtained So, these two bacteria were utilized in the next experiment for more clearance about bacterial inhibition of nanoemulsion on meat Pork samples, which were dipped into BPEO nanoemulsions at various concentrations, were incubated with bacterial suspensions for days at 5oC and bacterial population on pork samples had been iv measured The results indicated that nanoemulsions could decrease bacterial biomass compared to the control samples for both of E coli and S enterica In the next step of this study, BPEO nanoemulsions were used as preservative in products (seasoningadding pork, seasoning-adding chicken and minced beef) These products were kept at 5oC for days The total viable aerobic microbial counts were analyzed at the nd, 4th and 6th day The results showed that BPEO nanoemulsions could reduce microbial counts below Log CFU/g during storage time while the control samples observed microbial population over Log CFU/g very soon, often at the 2nd day In conclusion, black pepper essential oil nanoemulsion was successfully formulated by EPI method and improved characteristic by frozen-thawed process Our nanoemulsion could inhibit food bacteria not only in broth media but also in real meat products v L I CÁM N uătiên,ătôiăxinătrơnătr ngăc mă năs ăd yăd ăc aăth y/ăcôăB ămônăCôngăNgh ăTh că Ph m,ăKhoaăK ăThu tăHốăH c,ăTr gianătơiăh căt păt iătr ngăt ăch ngă iăH căBáchăKhoaăTP.HCεătrongăsu tăth iă ngătrìnhăCaoăh căđ năch ngătrìnhăNghiênăc uăsinh.ă S ăt nătơmăvƠănhi tăhuy tăc aăth y/ăcôăkhôngăch ămangăl iăki năth cămƠăc ăs ăt ătinăchoă tôiătrênăconăđ ngăs ănghi p.ăTôiăđ căbi tăghiănh ăs ăd yăd ăơnăc n,ăl i đ ngăviênătíchă c căcùngăv iăcácăgópăýăchunămơnăth su tăth iăgianătơiăh c.ăNg ngăxunăc aăGS.TS.ă ngăTh ăAnhă Ơoătrongă iăcơăuăqăđưăgópăph năt oănênăthƠnhăqu ăc aătơiăđ năngƠyă hơm Ti păđ n,ătơiăxinătrơnătr ngăghiănh ănh ngătìnhăc m,ăs ăh ătr h tălịngădƠnhăchoătơiăkhiă g păkhóăkh nătr ăng iătrongăsu tăth iăgianăh căt păvƠălƠmălu năánăc aăcácăđ ngănghi pă t iăTr ngă iăH căε ăTP.ăH ăChíăεinhăvƠăc aăb năbèătôi.ăS ăh ătr ănƠyălƠăđ ngăl că r tăl năđ ătôiăti păt călƠmăvi c,ăh căt păvƠăb căđiătrênăconăđ Cu iăcùng,ătôiăxinădƠnhăl iăc mă năchơnăthƠnhăđ nănh ngăng ngăphíaătr c.ă iăthơnăuătrongăgiaăđìnhă đ căbi tălƠăε ătơiăvìăđưă ăbênăc nhăđ ngăviên,ăgiúpăđ ,ăti păthêmăngh ăl c,ăt oăni mătină choătôiăti păt căph năđ uăkhôngăng ngătrongăcu căs ng.ă Xinătrơnătr ngăc mă n.ă vi M CL C M đ u Ch ngă1.ăT ng quan tài li u 1.1 H nh ăt ngănanoă 1.1.1 H nh ăt ngăvƠăs m t năđ nh c a h nh ăt ng 1.1.2 Gi i thi u h nh ăt ngănanoă 1.1.γ.ă căđi m c a h nh ăt ngănano 1.1.γ.1ă căđi m nhi tăđ ng h c c a trình t o thành h nh ăt ngănano 1.1.γ.βă căđi măđ ng h c c a h nh ăt ngănano 11 1.1.3.3 S m t năđ nh q trình chín Ostwald 13 1.1.3.4 nhăh ng c a s tán x ánh sáng đ n h nh ăt ngănano 15 1.1.4 Ch tănh ăhoáăs d ng h nh ăt ngănano 15 1.1.5ăPh ngăphápăt o thành h nh ăt ngănanoă 19 1.1.5.1ăPh ngăphápăt oănh ănanoăv iăn ngăl ng cao 20 1.1.5.βăPh ngăphápăt oănh ănanoăv iăn ngăl ng th p 22 1.1.6ăPh ngăphápăphơnătíchăh nh ăt ngănano 27 1.2 Tinh d uătiêuăđen 30 1.2.1 Gi i thi u chung v tinh d u 30 1.2.2 căđi m ho t tính c a tinh d uătiêuăđen 31 1.2.3 H nh ăt ngănanoătinhăd u kh n ngă ng d ng th c ph m 37 Ch ngăβ.ăV t li uăvƠăph ngăphápănghiênăc u 44 2.1 Nguyên v t li u thí nghi m 44 2.1.1 Tinh d uătiêuăđen 44 2.1.2 Hoá ch t 44 β.1.γăεôiătr ng nuôi c y ch ng vi sinh v t 45 2.1.4 Nguyên li u th tăt i 45 2.2 Các quy trình t o h nh ăt ngănanoătrongăthíănghi m 45 2.2.1 Quy trình t o thành h nh ăt ngănanoătinhăd u tiêuăđenă b ngăph ngăphápănhi tăđ đ o pha 45 2.2.2 Quy trình t o thành h nh ăt ngănanoătinhăd uătiêuăđenă b ngăph ngăphápăđi m đ o pha 48 2.3 N i dung thí nghi m 51 2.3.1 Ph n 1: Kh o sát trình t o thành h nh ăt ngănanoă tinh d uătiêuăđenăb ngăph ngăphápănhi tăđ đ o pha 51 2.3.1.1 Thí nghi m 1: Kh o sát nhăh ng c a nhi tăđ gia nhi t t l ch tănh ăhoáăậ tinh d uăđ n h nh ăt ngănanoătinhăd uătiêuăđen 51 2.3.1.2 Thí nghi m 2: Kh o sát nhăh ng c aăhƠmăl ng tinh d u đ n tính ch t h nh ăt ngănanoăb ngăph ngăphápănhi tăđ đ o pha 53 2.3.2 Ph n 2: Kh o sát trình t o thành h nh ăt ngănanoătinhăd u vii tiêuăđenăb ngăph ngăphápăđi m đ o pha 55 2.3.2.1 Thí nghi m 3: Kh o sát nhăh ng c aăhƠmăl ng tinh d uăđ n tính ch t h nh ăt ngănanoăt o thành b ngăph ngăphápăđi m đ o pha 55 2.3.2.2 Thí nghi m 4: Kh o sát nhăh ng c a t căđ chu năđ n căđ n tính ch t h nh ăt ngănanoătinhăd uătiêuăđen 56 2.3.2.3 Thí nghi m 5: Kh o sát gi năđ pha thành ph n t o thành h nh ăt ngănanoătinhăd uătiêuăđen 57 2.3.3 Ph n 3: So sánh tính ch t s năđ nh c a h nh ăt ngănanoăt o thành b ngăhaiăph ngăphápăđ o pha (EPI ậ PIT) 60 2.3.3.1 Thí nghi m 6: So sánh đ căđi m hoá h c hình thái vi c u trúc c a m u nh ăt ngănanoă 60 2.3.3.2 Thí nghi m 7: So sánh s năđ nhăd iătácăđ ng c a nhi tăđ caoăđ n m u nh ăt ngănanoătinhăd uătiêuăđen 60 2.3.3.3 Thí nghi m 8: So sánh s năđ nh theo th i gian c a m u nh ă t ngănanoăkhi nhi tăđ b o qu năthayăđ i 61 2.3.3.4 Thí nghi m 9: So sánh s năđ nh c a m u nano tinh d uătiêuăđen d iătácăđ ng c a trình ly tâm 61 2.3.3.5 Thí nghi m 10: So sánh hi u qu mang tinh d u c a m u nh ăt ngănanoătinhăd uătiêuăđenă 62 2.3.4 Ph n 4: Kh o sát q trình hồn thi n h nh ăt ngănano tinh d uătiêuăđenăt o thành b ngăph ngăphápăđi m đ o pha (EPI) 63 2.3.4.1 Thí nghi m 11: Kh o sát nhăh ng c aăđi u ki n năđ nh b ng q trình l nhăđơngăậ rưăđơngăđ n h nh ăt ngănanoătinhăd uătiêuăđen 63 2.3.4.2 Thí nghi m 12: Kh o sát nhăh ng c a nhi tăđ l nhăđôngăđ n h nh ăt ngănanoătinhăd uătiêuăđenă 64 2.3.4.3 Thí nghi m 13: Kh o sát nhăh ng c a th i gian l nhăđôngă đ n h nh ăt ngănanoătinhăd uătiêuăđenă 65 2.3.4.4 Thí nghi m 14: Kh o sát nhăh ng lo i ch tănh ăhoáăTweenă đ n h nh ăt ngănanoătinhăd uătiêuăđen 66 2.3.4.5 Thí nghi m 15: Kh o sát m t s tính ch t h nh ăt ngănano tinh d uătiêuăđenăhoƠnăch nh th iăgianăl uăm u 68 2.3.5 Ph n 5: Kh o sát ho t tính kháng khu n ng d ng h nh ăt ngănanoătinhăd uătiêuăđenătrongăquáătrìnhăb o qu n th t 68 2.3.5.1 Thí nghi m 16: Kh o sát ho t tính kháng khu n c a h nh ăt ngă nano tinh d uătiêuăđenăb ngăph ngăpháp pha loãng 68 2.3.5.2 Thí nghi m 17: Kh o sát ho t tính c ch vi khu n c a h nh ăt ngănanoătinhăd uătiêuăđenătrênăth t heo gây nhi m 69 2.3.5.3 Thí nghi m 18: Kh o sát nhăh ng c aăhƠmăl ng h nh ăt ngănanoă tinh d uătiêuăđenăđ n th tă p gia v b o qu n l nh 71 2.3.5.4 Thí nghi m 19: Kh o sát nhăh ng c aăhƠmăl ng h nh ăt ngănano viii ... c hi năđ tƠiμă“NGHIÊNăC U QUÁ TRÌNH T O H NH ă T NGă NANO? ? TINH? ? D Uă TIÊUă EN VÀ NG D NG B O QU N TH C PH ε” Trong nghiên c u này, tinh d u? ?tiêu? ?đen? ?đ nano v i kích th d u? ?tiêu? ?đen? ?đ c h t mong... gây ng đ c th c ph m - ng d ng nano tinh d u? ?tiêu? ?đen? ?trong? ?quá? ?trình? ?b o qu n l nh s n ph m th t N i dung nghiên c u - Quá trình t o h nh ăt ng? ?nano tinh d u? ?tiêu? ?đen? ?b ngăph ngăphápănhi tăđ đ... s n ph m nano tinh d u s n ph m t tinh d u tiêu? ?đen; áp d ng thi t th c s n ph m nano tinh d u? ?tiêu? ?đen? ?trongăb o qu n th c ph m nâng cao giá tr kinh t cho h t? ?tiêu? ?đen Vi t Nam M c tiêu c th