Khảo sát các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình trích ly gum lá găng (canthium horridum blume) và một số tính chất của gel lá găng

MỤC LỤC LỜI CẢM ƠN i LỜI CAM ĐOAN ii MỤC LỤC iii DANH MỤC HÌNH vi DANH MỤC BẢNG BIỂU vii DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT viii ĐẶT VẤN ĐỀ ix TÓM TẮT KHÓA LUẬN x CHƯƠNG TỔNG QUAN 1.1 Tổng quan găng 1.2 Tình hình nghiên cứu găng nước 1.3 Tổng quan polysaccharide 1.3.1 Định nghĩa polysaccharide 1.3.2 Cấu tạo polysaccharide 1.3.3 Tính chất ứng dụng polysaccharide công nghệ thực phẩm 1.3.4 Nguồn gốc, cấu trúc phân loại polysaccharide thực phẩm 1.3.4.1 Polysaccharide thu từ thực vật 1.3.4.2 Polysaccharide thu từ động vật 1.3.4.3 Polysaccharide thu từ tảo 1.3.4.4 Polysaccharide thu từ vi sinh vật 1.3.5 Các yếu tố ảnh hưởng đến trình tạo gel polysaccharide 10 1.3.5.1 Ảnh hưởng đặc điểm cấu trúc 10 1.3.5.2 Ảnh hưởng nồng độ khối lượng phân tử 11 1.3.5.3 Ảnh hưởng bỏi lực ion pH 11 1.4 Tổng quan phổ FTIR 11 1.5 Tổng quan phương pháp đo kết cấu TPA 12 CHƯƠNG VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 14 iii 2.1 Nguyên vật liệu nghiên cứu 14 2.1.1 Nguyên liệu 14 2.1.2 Hóa chất 14 2.1.3 Thiết bị 15 2.2 Phương pháp nghiên cứu 16 2.2.1 Sơ đồ nội dung nghiên cứu 16 2.2.2 Xác định số thành phần hóa học găng 17 2.2.3 Khảo sát yếu tố ảnh hưởng đến q trình trích ly gum găng kết cấu gum găng 18 2.2.3.1 Quy trình trình thu nhận gum găng 18 2.2.3.2 Khảo sát ảnh hưởng nhiệt độ trích ly tỷ lệ nước/bột găng đến hiệu suất thu nhận kết cấu gum găng 19 2.2.3.3 Khảo sát ảnh hưởng thời gian trích ly đến hiệu suất thu nhận kết cấu gum găng 20 2.2.4 Xác định nhóm chức phân tử mẫu gum găng phương pháp quang phổ hồng ngoại FTIR 21 2.2.4.1 So sánh phổ FTIR mẫu gum găng với số loại polysaccharide khác từ thực vật 21 2.2.4.2 So sánh phổ hồng ngoại mẫu gum găng với điều kiện trích ly khác 21 2.2.4.3 So sánh phổ hồng ngoại mẫu gum găng với chế độ sấy khác 22 2.2.5 Khảo sát yếu tố ảnh hưởng đến kết cấu gel găng thành phẩm 23 2.2.6 Phương pháp xử lý số liệu 24 CHƯƠNG KẾT QUẢ VÀ BÀN LUẬN 25 3.1 Thành phần hóa học găng 25 3.2 Kết khảo sát yếu tố ảnh hưởng đến q trình trích ly gum găng kết cấu gel găng 25 iv 3.2.1 Kết ảnh hưởng nhiệt độ trích ly tỷ lệ nước/bột găng đến hiệu suất thu nhận gum găng kết cấu gel găng 25 3.2.1.1 Ảnh hưởng nhiệt độ trích ly tỷ lệ nước/bột găng đến hiệu suất thu nhận gum găng 25 3.2.1.2 Ảnh hưởng nhiệt độ trích ly tỷ lệ nước/nguyên liệu đến kết cấu gel găng 28 3.2.2 Kết ảnh hưởng thời gian trích ly tới hiệu suất thu nhận gum găng kết cấu gel găng 30 3.2.2.1 Ảnh hưởng thời gian trích ly tới hiệu suất thu nhận gum găng 30 3.2.2.2 Ảnh hưởng thời gian trích ly đến kết cấu gel găng 31 3.3 Kết ảnh hưởng điều kiện trích ly đến cấu trúc phân tử gum găng 33 3.3.1 So sánh phổ FTIR gum găng polysaccharide từ loại thực vật khác 33 3.3.2 Ảnh hưởng điều kiện trích ly đến cấu trúc phân tử gum găng 35 3.3.2.1 Ảnh hưởng nhiệt độ trích ly đến cấu trúc phân tử gum găng 35 3.3.2.2 Ảnh hưởng thời gian trích ly đến cấu trúc phân tử gum găng 36 3.3.3 Ảnh hưởng chế độ sấy khác đến cấu trúc phân tử gum găng 38 3.4 Kết yếu tố ảnh hưởng đến kết cấu gel găng 39 3.4.1 Ảnh hưởng nồng độ bột gum găng tới kết cấu gel găng 39 3.4.2 Ảnh hưởng nhiệt độ gia nhiệt tới kết cấu gel găng 41 3.4.3 Ảnh hưởng nồng độ cation Ca2+ tới kết cấu gel găng 42 CHƯƠNG KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 45 TÀI LIỆU THAM KHẢO 46 PHỤ LỤC 54 v DANH MỤC HÌNH Hình 1.1 Cây găng gai Hình 1.2 Một đoạn phân tử polygalacturonic acid Hình 2.1 Lá găng khô (bên trái) bột găng khô (bên phải) 14 Hình 2.2 Cách đo kết cấu theo phương pháp TPA 24 Hình 3.1 Ảnh hưởng tỷ lệ nước : bột găng nhiệt độ trích ly đến hiệu suất thu nhận gum găng 26 Hình 3.2 Biểu đồ thể ảnh hưởng thời gian trích ly đến hiệu suất thu nhận gel găng 31 Hình 3.3 Phổ FTIR mẫu gum găng polysaccharide trích ly từ sương sâm, sương sáo vỏ cam 34 Hình 3.4 Phổ FTIR mẫu gum găng theo nhiệt độ sấy khác 35 Hình 3.5 Phổ FTIR mẫu gum găng theo thời gian trích ly khác 37 Hình 3.6 Phổ FTIR mẫu gum găng theo chế độ sấy khác 38 Hình 3.7 Cơ chế hình thành cấu trúc trình tạo gel pectin 43 vi DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng 1.1 Định nghĩa vật lý định nghĩa cảm quan thuộc tính cảm quan 13 Bảng 3.1 Thành phần hóa học găng 25 Bảng 3.2 Cấu trúc gel găng theo nhiệt độ trích ly 29 Bảng 3.3 Đánh giá cấu trúc gel găng theo nhiệt độ trích ly 29 Bảng 3.4 Kết cấu gel găng theo thời gian trích ly 32 Bảng 3.5 Đánh giá cấu trúc gel găng theo thời gian trích ly 32 Bảng 3.6 Kết giá trị DM mầu bột gum găng trích ly điều kiện nhiệt độ khác 36 Bảng 3.7 Kết giá trị DM mẫu bột gum găng trích ly điều kiện thời gian khác 37 Bảng 3.8 Kết giá trị DM mẫu bột gum găng sấy chế độ sấy khác 38 Bảng 3.9 Ảnh hưởng nồng độ bột gum tới kết cấu gel găng 39 Bảng 3.10 Mô tả cấu trúc gel găng theo nồng độ bột gum găng 40 Bảng 3.11 Các thông số kết cấu gel găng theo nhiệt độ gia nhiệt khác 41 Bảng 3.12 Mô tả cấu trúc gel găng theo nhiệt độ gia nhiệt 41 Bảng 3.13 Các thông số kết cấu gel găng theo nồng độ cation Ca2+ 42 Bảng 3.14 Mô tả cấu trúc gel găng theo nồng độ cation Ca2+ bổ sung 43 vii DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT FTIR Quang phổ chuyển đổi hồng ngoại (Fourier-transform Infrared Spectroscopy) NIR Phổ hồng ngoại gần (Near Infrared Spectroscopy) MIR Phổ hồng ngoại (Mid Infrared Spectroscopy) FIR Phổ hồng ngoại xa (Far Infrared Spectroscopy) TPA Phân tích kết cấu (Texture Profile Analysis) DE Mức độ ester hóa (Degree of Esterification) DM Mức độ methoxyl hóa (Degree of Methoxylation) DP Mức độ trùng hợp (Degree of polymerization) LMP Pectin có mức độ methoxyl hóa thấp (Low Methoxyl Pectin) HMP Pectin có mức độ methoxyl hóa cao (High Methoxyl Pectin) w/v Phần trăm khối lượng theo thể tích (weight/volume) viii ĐẶT VẤN ĐỀ Cây găng nghiên cứu Thế Giới biết đến với khả kháng khuẩn (Sanjeeb Kumar Patro., cộng sự, 2014; Yang, B cộng sự, 2010) Tại Việt Nam, thường dùng làm thạch ăn để giải nhiệt tỉnh phía Bắc Tuy nhiên, nghiên cứu găng nói chung găng nói riêng cịn chưa phổ biến đặc biệt nghiên cứu nước Hơn nữa, tính chất tạo gel găng khơng quan tâm nghiên cứu trước Vì vậy, chúng tơi định chọn đề tài “Khảo sát yếu tố ảnh hưởng đến q trình trích ly gel găng (Canthium horridum Blume) số tính chất gel găng” làm đề tài nghiên cứu ix TĨM TẮT KHĨA LUẬN Lá găng khơ với thành phần hóa học gồm: 9,8199% ẩm, 6,6351% tro, 10,9670% protein, 2,6674% chất béo hàm lượng đường tổng 4,3746% Bột găng trích ly để thu nhận gel găng với điều kiện tỷ lệ nước/bột găng, nhiệt độ trích ly thời gian trích ly khác Hiệu suất thu nhận gel găng thô cao 22,022% (so với khối lượng nguyên liệu) trích ly nhiệt độ 90oC, tỷ lệ nước/bột găng 40 ml/g thời gian trích ly 60 phút Tuy nhiên, điều kiện trích ly cho kết cấu gel tốt trích ly điều kiện nhiệt độ 50oC, tỷ lệ nước/bột găng 40 ml/g thời gian trích ly 60 phút Phổ FTIR mẫu bột gel găng cho thấy tương đồng gel găng với gel sương sâm Phổ FTIR mẫu gel găng trích ly nhiệt độ khác nhau, thời gian trích ly khác chế độ sấy khác cho thấy thay đổi số DM Các tính chất kết cấu gel găng khác thay đổi nồng độ bột gel, nhiệt độ gia nhiệt, nồng độ cation Ca2+ khác x CHƯƠNG TỔNG QUAN 1.1 Tổng quan găng Tên khoa học: Canthium horridum Blume thuộc chi Canthium (họ Rubiaceae) Chi Canthium đặt tên JeanBaptiste Lamarck vào năm 1785 Tên tiếng latin "kantankar" Kantan có nghĩa "shining" (toả ra) kara có nghĩa "a spiny shrub" (một bụi có gai) (Sanjeeb Kumar Patro., cộng sự, 2014) Tên gọi Việt Nam: găng vàng gai, găng gai, găng cơm… Hình 1.1 Cây găng gai Nơi phân bố: Ấn Độ, Thái Lan, Trung Quốc, Việt Nam, Singapore, Philippines… Hình thái: găng loại dạng bò trườn thẳng đứng, bụi gai bụi cao tới m; hình trứng đến hình elip thường dài cm, có 3-4 cặp gân phụ Hoa mọc thành chùm, dài 1-1,5 cm, màu vàng chín, phổ biến vùng rừng thấp, đặc biệt rìa rừng (Plant Use, 2016) Cơng dụng: bán đảo Malaysia, thuốc sắc từ số phận găng sử dụng để điều trị vết thương trị sốt, dùng cho phụ nữ sau sinh Lá giã nước dùng để điều trị bệnh mắt Indonesia Ở Philippines, thuốc sắc từ vỏ sử dụng làm thuốc điều kinh Ở Ấn Độ, vỏ cành nhỏ dùng để điều trị bệnh kiết lỵ Lá găng vò nước để sử dụng loại thạch Cây găng trồng để làm hàng rào (Plant Use, 2016) 1.2 Tình hình nghiên cứu găng nước Trong nghiên cứu giới, loài Canthium horridum báo cáo có khả kháng khuẩn cao Thân phân lập mười hợp chất: (+)-Syringaresinol, scoparone, 3’-methoxy-4’-hydroxy-trans-cinnamaldehyde, sinapic aldehyde, syringic acid, mannitol, vanillic acid 4-0-β-D-glucopyranoside, β-daucosterol, β-sitosterol Syringic acid có khả chống lại Bacillus subtilis tốt nhất, +Syringaresinol cho thấy hoạt động chống lại Escherichia coli, Bacillus subtilis Staphylococcus aureus tốt Các hợp chất Syringaresinol, 3’-methoxy-4’-hydroxy-trans-cinnamaldehyde syringic acid ức chế phát triển ba vi khuẩn Các thành phần kháng khuẩn găng khơng có khả kháng Aspergillus niger (Sanjeeb Kumar Patro., cộng sự, 2014) Tại Việt Nam, găng thường người dân tỉnh phía Bắc Cao Bằng, Lạng Sơn,… chế biến thành ăn giải nhiệt như: thạch găng, chè khúc bạch thạch găng,… Vì thấy nghiên cứu găng nói chung tính chất tạo gel găng chưa phổ biến 1.3 Tổng quan polysaccharide 1.3.1 Định nghĩa polysaccharide Polysaccharide thuộc nhóm carbohydrate, nhóm hợp chất hữu có số lượng lớn trái đất (Late Prof K P., 2011), thường cấu tạo từ 10 monosaccharide thông qua liên kết glycosidic chuỗi mạch thẳng mạch phân nhánh (Yu, Y., cộng sự, 2018) Vì polysaccharide có khối lượng phân tử lên tới hàng chục nghìn chí hàng triệu Da (Late Prof K P., 2011; Yu, Y., cộng sự, 2018) Các loại polysaccharide không khác thành phần monosaccharide tạo thành mà khác chiều dài chuỗi phân nhánh chuỗi (Late Prof K P., 2011) Polysaccharide sử dụng làm nguyên liệu ngành công nghiệp thực phẩm khả sửa đổi kiểm sốt tính chất chức hệ thống thực phẩm Các đặc tính quan trọng polysaccharide độ nhớt chúng (bao gồm khả làm đặc, tạo gel) liên kết với nước (Seisum, D., cộng sự, 2002) Các chức quan trọng khác bao gồm ổn định hệ nhũ tương, ngăn ngừa tái kết tinh phân tử nước đá cải thiện đặc tính cảm quan Polysaccharide chiết xuất từ thực vật chất phụ gia thú vị số ngành, đặc “hạt polysaccharide” tạo tượng vón cục (Hirata, T A M., 2013) Nếu tăng hàm lượng bột gum găng lên cao, tượng vón cục ngăn cản hoà tan bột gum nước làm cho đặc tính kết cấu gel găng nồng độ 2,5% giảm Kết luận: từ kết khảo sát ảnh hưởng nồng độ bột gum đến kết cấu gel găng thấy nồng độ bột gum găng 2,3% nồng độ tạo kết cấu gel găng tốt 3.4.2 Ảnh hưởng nhiệt độ gia nhiệt tới kết cấu gel găng Sau khảo sát ảnh hưởng nhiệt độ gia nhiệt nhiệt độ 50, 60, 70, 80, 90oC tới kết cấu gel găng, thu kết bảng 3.11 bảng 3.12 Bảng 3.11 Các thông số kết cấu gel găng theo nhiệt độ gia nhiệt khác Nhiệt độ Độ cứng Độ cố kết Độ dẻo Độ dai Độ đàn hồi (oC) (g) (g) (mJ) (mm) 50 133,5±3,04 0,73±0,04 97,37±3,74 3,41±0,11 3,57±0,03 60 - - - - - 70 - - - - - 80 - - - - - 90 - - - - - “-“ không đo cấu trúc Bảng 3.12 Mô tả cấu trúc gel găng theo nhiệt độ gia nhiệt Nhiệt độ Khả Khả Mô tả (oC) tạo gel tách khuôn 50 + + Gel mềm, giữ hình dạng sau tách khn 60 + - Gel mềm, không tách khuôn 70 + - Gel mềm, không tách khuôn 80 - - Tạo nhớt, không tạo gel 90 - - Tạo nhớt, không tạo gel “+” có tạo gel/ tách khn, “-“ không tạo gel/ không tách khuôn Kết khảo sát ảnh hưởng nhiệt độ gia nhiệt tới kết cấu gel găng theo bảng 3.11 cho thấy Khi gia nhiệt bột gum tỷ lệ 2,3% (w/v), thời gian 30 phút nhiệt độ khác (từ 50-90oC), có gel găng gia nhiệt nhiệt độ 41 50oC giữ kết cấu gel ổn định, tăng nhiệt độ gia nhiệt từ 60oC lên 90oC gel có cấu trúc lỏng lẻo khơng thể đo theo phương pháp nghiên cứu Nguyên nhân dẫn đến kết việc xử lý polysaccharide nhiệt độ cao (>50°C), đặc biệt mơi trường ẩm cao (>60%), dẫn đến phân hủy hoá học polysaccharide (EinhornStoll, U cộng sự, 2009) Đồng thời tăng nhiệt độ xử lý phản ứng -elimination diễn mạnh mẽ Các phản ứng -elimination làm giảm trọng lượng phân tử polysaccharide (Diaz, J V., cộng sự, 2007) dẫn đến liên kết polysaccharide- polysaccharide liên kết polysaccharide -nước thiếu chặt chẽ làm cho cấu trúc gel khuấy nhiệt độ cao có kết cấu thiếu ổn định mặt học Kết luận: từ kết khảo sát nhiệt độ gia nhiệt đến kết cấu gel găng, nhận thấy cấu trúc gel gia nhiệt 50°C tạo gel ổn định Vì chúng tơi kết luận nhiệt độ gia nhiệt gel 50°C giúp cho gel găng đạt đặc tính kết cấu tốt 3.4.3 Ảnh hưởng nồng độ cation Ca2+ tới kết cấu gel găng Sau tiến hành bổ sung hàm lượng cation Ca2+ (dưới dạng muối CaCl2) vào gel găng nồng độ từ – 10 mM, thu kết bảng 3.13 3.14 Bảng 3.13 Các thông số kết cấu gel găng theo nồng độ cation Ca2+ [Ca2+] Độ cứng (mM) (g) 134,00±2,00d 0,1 Độ cố kết Độ dẻo Độ dai Độ đàn hồi (g) (mJ) (mm) 0,73±0,04d 97,77±4,58d 3,41±0,12d 3,56±0,04d 134,17±5,97d 0,74±0,01cd 99,71±3,71d 3,44±0,17d 3,52±0,12d 0,5 127,33±6,43d 0,75±0,03cd 94,95±1,30d 3,28±0,16d 3,52±0,14d 163,83±4,73c 0,81±0,02bc 132,21±6,28c 5,23±0,32c 4,04±0,06c 258,00±3,12b 0,87±0,02ab 224,50±7,82b 10,49±0,47b 4,77±0,05b 363,33±3,25a 0,9±0,01a 327,20±6,56a 20,03±0,62a 6,25±0,07a 10 - - - - - “-“ không đo cấu trúc Các chữ khác thể khác biệt số cột mức ý nghĩa p