Luận văn nghiên cứu ảnh hưởng của các điều kiện trích ly và điều kiện sấy đến hoạt tính chống oxy hóa của chếphẩm thu nhận từbã nho

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ SÀI GÒN  ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU KHOA HỌC NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA CÁC ĐIỀU KIỆN TRÍCH LY VÀ ĐIỀU KIỆN SẤY ĐẾN HOẠT TÍNH CHỐNG OXY HĨA CỦA CHẾ PHẨM THU NHẬN TỪ BÃ NHO Chủ nhiệm đề tài: ThS Hoàng Thị Khánh Hồng Cộng sự: ThS Tạ Lê Quốc An ThS Nguyễn Văn Hải Khoa: Công nghệ thực phẩm TP HỒ CHÍ MINH, NĂM 2019 MỤC LỤC Trang MỤC LỤC………………………………………………………………………… i DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT v DANH MỤC BIỂU BẢNG SỐ LIỆU………………………………………… vi DANH MỤC CÁC HÌNH……………………………………………………… vii PHẦN NỘI DUNG……………………………………………………………… Lời mở đầu Nội dung chính……………………………………………………………… CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN………………………………………………… 10 1.1 Nguyên liệu nho bã nho quy trình sản xuất rượu vang…… 10 1.1.1 Nguyên liệu nho………………………………………………………… 10 1.1.1.1 Một số giống nho sử dụng sản xuất rượu vang ……………… 10 1.1.1.2 Thành phần dinh dưỡng nho……………………………………… 12 1.1.1.3 Công dụng nho …………………………………………………… 13 1.1.1.4 Tình hình sản xuất nho Việt Nam giới……………………… 13 1.1.2 Bã nho từ trình sản xuất rượu vang………………………………… 15 1.1.2.1 Quy trình sản xuất rượu vang………………………………………… 15 1.1.2.2 Thành phần hóa học bã nho…………………………………… 16 1.1.2.3 Tình hình sử dụng phụ phẩm bã nho Việt Nam giới 17 1.1.2.4 Tiềm ứng dụng bã nho ngành cơng nghiệp thực phẩm………………………………………………………………………… 18 Chất chống oxy hóa……….…………………………………………… 22 1.2.1 Đặc điểm chất chống oxy hóa …………………………………………… 22 1.2.2 Chất chống oxy hóa bã nho………………………………………… 24 1.2.3 Tình hình nghiên cứu chất chống oxy hóa bã nho……………… 27 1.2 Phương pháp sấy bơm nhiệt…………………………………………… 28 1.3.1 Giới thiệu ………………………………………………………………… 28 1.3 i 1.3.2 Nguyên lí hoạt động……………………………………………………… 29 1.3.3 Ưu nhược điểm máy sấy bơm nhiệt……………………………… 30 1.3.4 Ứng dụng………………………………………………………………… 30 CHƯƠNG 2: VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP…………………………… 32 2.1 Thời gian, địa điểm thực hiện………………………………………… 32 2.2 Vật liệu…………………………………………………………………… 32 2.2.1 Nguyên liệu……………………………………………………………… 32 2.2.2 Hóa chất………………………………………………………………… 32 2.2.3 Trang thiết bị……………………………………………………………… 32 Phương pháp nghiên cứu……………………………………………… 33 2.3.1 Nội dung nghiên cứu…………………………………………………… 33 2.3.2 Bố trí thí nghiệm………………………………………………………… 34 2.3 2.3.2.1 Thí nghiệm 1: Khảo sát hoạt tính chống oxy hóa dạng ngun liệu ………………………………………………………………… 2.3.2.2 34 Thí nghiệm 2: Khảo sát ảnh hưởng điều kiện trích ly đến hoạt tính chống oxy hóa dịch chiết từ bã nho (khảo sát đơn yếu tố) …………………………………………………………………… 2.3.2.3 Thí nghiệm 3: Tối ưu hóa điều kiện trích ly hợp chất chống oxy hóa từ bã nho phương pháp bề mặt đáp ứng (RSM)…………… 2.3.2.4 37 Thí nghiệm 5: Khảo sát điều kiện sấy ảnh hưởng đến hoạt tính chống oxy hóa chế phẩm thu nhận từ bã nho……………………… 2.3.2.6 37 Thí nghiệm 4: Định danh hợp chất chống oxy hóa từ cao chiết bã nho phương pháp sắc ký LC-MS/MS……………… 2.3.2.5 35 37 Thí nghiệm 6: Khảo sát khả bảo quản chế phẩm chống oxy hóa từ bã nho…………………………………………………………… 39 2.3.3 Phương pháp phân tích………………………………………………… 39 2.3.3.1 Xác định hoạt tính chống oxy hóa phương pháp khử gốc tự DPPH…………………………………………………………… ii 39 2.3.3.2 3.3 3.4 Xác định hoạt tính chống oxy hóa phương pháp FRAP………………………………………………………………… 41 2.3.3.3 Xác định hàm lượng phenolic tổng dịch chiết………………… 42 2.3.3.4 Xác định hàm lượng Anthocyanin pH vi sai………………… 44 2.3.4 Phương pháp xử lí số liệu………………………………………………… 45 CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ BIỆN LUẬN…………………………………… 46 3.1 Thành phần hóa học bã nho ………………………………… 46 3.2 Khảo sát hoạt tính chống oxy hóa dạng nguyên liệu…………… 46 3.3 Khảo sát ảnh hưởng điều kiện trích ly đến hoạt tính chống oxy hóa dịch chiết từ bã nho………………………………………………… 47 3.3.1 Ảnh hưởng loại dung môi……………………………… 48 3.3.2 Ảnh hưởng nồng độ dung môi…………………………………… 50 3.3.3 Ảnh hưởng tỷ lệ bã nho với dung môi…………………………… 52 3.3.4 Ảnh hưởng nhiệt độ trích ly……………………………………… 54 3.3.5 Ảnh hưởng thời gian trích ly………………………………… 57 3.4 Kết thí nghiệm tối ưu hóa q trình trích ly polyphenol từ dịch chiết bã nho phương pháp bề mặt đáp ứng (RSM)…………………… 3.5 3.5 Kết định danh thành phần polyphenol bã nho phương pháp sắc ký LC-MS/MS……………………………………………… 3.6 68 3.6 Kết khảo sát ảnh hưởng điều kiện sấy đến hoạt tính chống oxy hóa chế phẩm thu nhận từ bã nho……………………………………… 3.6.1 3.6.2 72 Kết ảnh hưởng nồng độ chất khơ đến hoạt tính chống oxy hóa chế phẩm…………………………………………………………… 3.6.3 72 Kết khảo sát nhiệt độ ảnh hưởng đến hoạt tính chống oxy hóa chế phẩm thu nhận từ bã nho………………………………………………… 3.7 58 75 Kết khảo sát bề dày vật liệu ảnh hưởng đến hoạt tính chống oxy hóa chế phẩm từ bã nho…………………………………………… 77 3.7 Xác định khả bảo quản chế phẩm chống oxy hóa từ bã nho… 79 iii 3.8 Xác định số tiêu hóa học nhằm đáp ứng tiêu chuẩn an toàn thực phẩm định hướng sử dụng chế phẩm phụ gia chống oxy hóa……………………………………………………………………………… 81 CHƯƠNG 4: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ…………………………………… 83 TÀI LIỆU THAM KHẢO……………………………………………………… PHỤ LỤC iv 86 DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT ANOVA: Analysis of Variance LC-MS/MS: Liquid chromatography-tandem mass (Phân tích phương sai) spectrometry (Sắc ký lỏng phổ khối phổ) CCD: Central Composite Design OIV: International Organisation of Vine and Wine (Mơ hình phức hợp tâm) (Tổ chức quốc tế nho rượu vang) DM: Dry Mass (Chất khô) OD: Optical Density (Mật độ quang) DPPH: 2,2-diphenyl-1-picrylhydrazyl RSM : Response Surface Methodology (Phương DNA: Deoxyribonucleic acid pháp bề mặt đáp ứng) ESI: Electrospray ionization (ion hóa TE: Trolox Equivalent (đương lượng Trolox) đầu phun điện tử) TN: thí nghiệm FRAP: Ferrie Reducing Antioxidant Power TPC: Total Polyphenol Content (Hàm lương (khả khử sắt) polyphenol tổng) FAO: Food And Agriculture Organization Tukey HSD: Tukey Honestly Significant Of The United Nations (Tổ chức Nông Difference (Sự khác biệt có ý nghĩa) Lương Liên Hợp Quốc) Rpm: roll per minute (vòng phút) GAE: Gallic Acid Equivalent (đương VietGAP: lượng acid gallic) Vietnamese Good Agricultural Practices (Thực hành sản xuất nông nghiệp tốt GWE: Grape waste extract (dịch chiết bã Việt Nam) w/v: weight/volume (trọng lượng/thể tích) nho) HPLC: High Performance Liquid m/z: khối lượng/điện tích Chromatography (Hệ thống sắc kí lỏng kV: kilovolt hiệu cao) mm: milimet LC-MS: Liquid - Chromatography- Mass µM: micromole Spectrometry (Phương pháp sắc kí lỏng mM (mmol): milimol khối phổ) v DANH MỤC BẢNG BIỂU SỐ LIỆU Trang Bảng 1.1: Thành phần dinh dưỡng 100g nho…………………………………… 12 Bảng 2.1: Quá trình xây dựng đường chuẩn chất chuẩn acid gallic ……………… 42 Bảng 3.1: Thành phần hóa học bã nho …………………………………… 46 Bảng 3.2: Kết thí nghiệm khảo sát dạng nguyên liệu…………………………… 46 Bảng 3.3: Kết thí nghiệm khảo sát loại dung mơi …………………………… 48 Bảng 3.4: Kết thí nghiệm khảo sát nồng độ dung môi …………………………… 50 Bảng 3.5: Kết thí nghiệm khảo sát tỷ lệ bã với dung mơi………………………… 52 Bảng 3.6: Kết thí nghiệm khảo sát nhiệt độ trích ly……………………………… 54 Bảng 3.7: Kết thí nghiệm khảo sát thời gian trích ly……………………………… 57 Bảng 3.8: Độ tin cậy yếu tố ảnh hưởng khảo sát đơn yếu tố……………… 57 Bảng 3.9: Mức độ yếu tố dùng RSM…………………………………… 59 Bảng 3.10: Kết thực nghiệm tối ưu hóa theo phương pháp RSM – CCD hàm Y1……………………………………………………………………………………… 60 Bảng 3.11: Kết thực nghiệm tối ưu hóa theo phương pháp RSM – CCD hàm Y2……………………………………………………………………………………… 61 Bảng 3.12: Kết thực nghiệm tối ưu hóa theo phương pháp RSM – CCD hàm Y3……………………………………………………………………………………… 62 Bảng 3.13: Giá trị hệ số tương tác độ tin cậy yếu tố…………………… 63 Bảng 3.14: So sánh kết phân mảnh ion mẫu catechin chuẩn mẫu bã nho………………………………………………………………………………… 68 Bảng 3.15: Kết thí nghiệm khảo sát nhiệt độ sấy ………………………………… 73 Bảng 3.16: Kết thí nghiệm khảo sát nồng độ maltodextrin ảnh hưởng đến hoạt tính chống oxy hóa chế phẩm…………………………………………………………… 75 Bảng 3.17: Kết ảnh hưởng bề dày vật liệu sấy đến hoạt tính chống oxy chế phẩm thu nhận từ bã nho……………………………………………………………… Bảng 3.18: Hoạt tính chống oxy hóa chế phẩm bã nho sau thời gian bảo quản… Bảng 3.19: Kết kiểm tra số tiêu hóa học có chế phẩm…………… 78 80 82 vi DANH MỤC CÁC HÌNH Trang Hình 1.1: Một số giống nho sản xuất rượu vang giới………………………… 11 Hình 1.2: Quy trình sản xuất rượu vang……………………………………………… 15 Hình 1.3: Bã nho……………………………………………………………………… 17 Hình 1.4: Một số sản phẩm thương mại từ bã nho…………………………………… 21 Hình 1.5: Kết HPLC Cheng cộng năm 2012……………………… … 24 Hình 1.6: Cơng thức cấu tạo acid gallic……………………………………………… 24 Hình 1.7: Cơng thức cấu tạo catechin epicatechin………………………………… 25 Hình 1.8: Cơng thức cấu tạo số hợp chất anthocyanin có bã nho………… 25 Hình 1.9: Hệ thống sấy bơm nhiệt……………………………………………… 29 Hình 2.1: Sơ đồ nội dung nghiên cứu ………………………………………………… 33 Hình 2.2: Sơ đồ thí nghiệm khảo sát điều kiện trích ly đơn yếu tố ……………… 34 Hình 2.3: Đường chuẩn Trolox dùng xác định hoạt tính chống oxy hóa (theo DPPH) 40 Hình 2.4: Đường chuẩn Trolox dùng xác định hoạt tính chống oxy hóa (theo FRAP) 41 Hình 2.5: Đường chuẩn acid gallic…………………………………………………… 43 Hình 3.1: Hoạt tính chống oxy hóa theo DPPH FRAP dạng ngun liệu… 47 Hình 3.2: Ảnh hưởng dung mơi đến hoạt tính chống oxy hóa theo DPPH FRAP 49 Hình 3.3: Ảnh hưởng dung môi đến hàm lượng polyphenol tổng số hàm lượng anthocyanin…………………………………………………………………………… 49 Hình 3.4: Ảnh hưởng nồng độ dung mơi đến hoạt tính chống oxy hóa theo phương pháp DPPH FRAP………………………………………………………………… 51 Hình 3.5: Ảnh hưởng nồng độ dung môi đến TPC tổng số hàm lượng anthocyanin…………………………………………………………………………… 51 Hình 3.6: Ảnh hưởng tỷ lệ bã:dung mơi đến hoạt tính chống oxy hóa theo DPPH FRAP……………………………………………………………………………… 53 Hình 3.7: Ảnh hưởng tỷ lệ bã:dung môi đến hàm lượng polyphenol tổng số…… 53 vii Hình 3.8: Ảnh hưởng nhiệt độ trích ly đến hoạt tính chống oxy hóa theo DPPH FRAP………………………………………………………………………………… 55 Hình 3.9: Ảnh hưởng nhiệt độ trích ly đến hàm lượng polyphenol tổng số……… 55 Hình 3.10: Ảnh hưởng thời gian trích ly đến hoạt tính chống oxy hóa theo DPPH FRAP……………………………………………………………………………… 57 Hình 3.11: Ảnh hưởng thời gian trích ly đến hàm lượng polyphenol tổng số…… 58 Hình 3.12: Bề mặt đáp ứng tương tác tỉ lệ bã:dung môi nhiệt độ theo DPPH 65 Hình 3.13: Bề mặt đáp ứng tương tác tỉ lệ bã:dung môi thời gian theo DPPH 65 Hình 3.14: Bề mặt đáp ứng tương tác nhiệt độ thời gian theo DPPH………… 65 Hình 3.15: Bề mặt đáp ứng tương tác tỉ lệ bã:dung môi nhiệt độ theo FRAP… 65 Hình 3.16: Bề mặt đáp ứng tương tác tỉ lệ bã:dung mơi thời gian theo FRAP… 66 Hình 3.17: Bề mặt đáp ứng tương tác nhiệt độ thời gian theo FRAP………… 66 Hình 3.18: Bề mặt đáp ứng tương tác tỷ lệ bã:dung môi nhiệt độ theo TPC… 66 Hình 3.19: Bề mặt đáp ứng tương tác tỷ lệ bã:dung môi thời gian theo TPC… 66 Hình 3.20: Bề mặt đáp ứng tương tác nhiệt độ thời gian theo TPC …………… 67 Hình 3.21: Phổ sắc ký so sánh phổ catechin chuẩn (a) mẫu dịch chiết bã nho (b) phương pháp LC-MS/MS…………………………………………………… 69 Hình 3.22: Phổ sắc ký so sánh phổ acid gallic chuẩn (a) mẫu dịch chiết bã nho (b) phương pháp LC-MS/MS……………………………………………… 70 Hình 3.23: Phenolic bã nho xác định HPLC…………………………… 71 Hình 3.24: Sắc ký đồ so sánh phổ hỗn hợp chất chuẩn polyphenol (a) dịch chiết bã nho (b)………………………………………………………………… 72 Hình 3.25: Biều đồ thể ảnh hưởng nhiệt độ đến hoạt tính chống oxy hóa chế phẩm theo phương pháp DPPH FRAP…………………………………… 73 Hình 3.26: Biều đồ thể ảnh hưởng nồng độ chất khơ đến hoạt tính chống oxy hóa chế phẩm phương pháp DPPH FRAP……………………………… 76 Hình 3.27: Biều đồ thể ảnh hưởng bề dày vật liệu đến hoạt tính chống oxy hóa chế phẩm phương pháp DPPH FRAP……………………………… viii 78 Hình 3.28: Sự thay đổi hoạt tính chống oxy hóa chế phẩm thu nhận từ bã nho sau 11 tuần bảo quản…………………………………………………………………… 80 Hình 1: Quy trình sản xuất chế phẩm đề xuất……………………………………… 85 ix Mean of Response 28,01889 Observations (or Sum Wgts) Analysis of Variance Source DF Sum of Squares Mean Square F Ratio Prob > F Time (h) 47,492356 23,7462 22,4107 F F Means for Oneway Anova Level Number Mean Std Error Lower 95% Upper 95% 31,5067 0,59682 30,046 32,967 35,4833 0,59682 34,023 36,944 35,0167 0,59682 33,556 36,477 Std Error uses a pooled estimate of error variance Means and Std Deviations Level Number Mean Std Dev Std Err Mean Lower 95% Upper 95% 31,5067 1,64746 0,95116 27,414 35,599 35,4833 0,45938 0,26523 34,342 36,625 35,0167 0,52975 0,30585 33,701 36,333 Connecting Letters Report Level Mean A 35,483333 A 35,016667 B 31,506667 Levels not connected by same letter are significantly different Oneway Analysis of TPC By Time (h) Oneway Anova Summary of Fit Rsquare 0,903193 Adj Rsquare 0,870924 Root Mean Square Error 0,835657 Mean of Response 54,32333 Observations (or Sum Wgts) Analysis of Variance Source DF Sum of Squares Mean Square Time (h) 39,091267 19,5456 Error 4,189933 0,6983 115 F Ratio 27,9894 Prob > F 0,0009* Source DF Sum of Squares Mean Square F Ratio Prob > F C Total 43,281200 Means for Oneway Anova Level Number Mean Std Error Lower 95% Upper 95% 51,5067 0,48247 50,326 52,687 54,9800 0,48247 53,799 56,161 56,4833 0,48247 55,303 57,664 Std Error uses a pooled estimate of error variance Means and Std Deviations Level Number Mean Std Dev Std Err Mean Lower 95% Upper 95% 51,5067 1,15336 0,66589 48,642 54,372 54,9800 0,31097 0,17954 54,208 55,752 56,4833 0,81733 0,47189 54,453 58,514 Connecting Letters Report Level Mean A 56,483333 A 54,980000 B 51,506667 Levels not connected by same letter are significantly different Phụ lục 3: Kết thí nghiệm xử lý phần mềm JMP 10.0 thí nghiệm tối ứu hóa q trình trích ly Kết DPPH Actual by Predicted Plot Summary of Fit RSquare RSquare Adj Root Mean Square Error Mean of Response Observations (or Sum Wgts) Analysis of Variance Source Model Error C Total Lack Of Fit Source Lack Of Fit DF 16 DF Sum of Squares 235.27457 2.60738 237.88195 Sum of Squares 2.2705155 Mean Square 26.1416 0.3725 Mean Square 0.454103 116 F Ratio 70.1820 Prob > F F 0.2924 Max RSq Parameter Estimates Term Estimate Std Error Intercept 30.027288 0.351675 X1(10,20) -0.917714 0.16515 X2(40,60) -1.407542 0.16515 X3(3,5) -2.798279 0.16515 X1*X2 0.07625 0.215779 X1*X3 0.08625 0.215779 X2*X3 -1.85375 0.215779 X1*X1 -1.596347 0.181771 X2*X2 -0.519777 0.181771 X3*X3 -2.084251 0.181771 Sorted Parameter Estimates t Ratio 85.38 -5.56 -8.52 -16.94 0.35 0.40 -8.59 -8.78 -2.86 -11.47 Term Estimate X3(3,5) -2.798279 X3*X3 -2.084251 X1*X1 -1.596347 X2*X3 -1.85375 X2(40,60) -1.407542 X1(10,20) -0.917714 X2*X2 -0.519777 X1*X3 0.08625 X1*X2 0.07625 Response Surface t Ratio -16.94 -11.47 -8.78 -8.59 -8.52 -5.56 -2.86 0.40 0.35 Coef X1(10,20) X2(40,60) X3(3,5) Solution Variable X1(10,20) X2(40,60) X3(3,) X1(10,20) -1.596347 Std Error 0.16515 0.181771 0.181771 0.215779 0.16515 0.16515 0.181771 0.215779 0.215779 X2(40,60) 0.07625 -0.519777 Critical Value 13.422948 41.863317 3.6840243 117 Prob>|t|