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

BỘGIÁODỤCVÀĐÀOTẠOTR ƯỜNG ĐẠIHỌCCẦNTHƠ NGUYỄNÁITHẠCH ỨNGDỤNGCÁCKỸTHUẬTLÊNMEN,XỬL ÝNHIỆTVÀNANOTRONGCHẾBIẾN VÀNÂNGCAOGIÁTRỊCÁCCHẤTCĨ HOẠTTÍNHSINHHỌCTRONGTỎI LUẬNÁNTIẾNSĨ NGÀNHCƠNGNGHỆTHỰCPHẨM MÃNGÀNH62540101 2020 BỘGIÁODỤCVÀĐÀOTẠOTR ƯỜNG ĐẠIHỌCCẦNTHƠ NGUYỄNÁITHẠCH ỨNGDỤNGCÁCKỸTHUẬTLÊNMEN,XỬL ÝNHIỆTVÀNANOTRONGCHẾBIẾN VÀNÂNGCAOGIÁTRỊCÁCCHẤTCĨ HOẠTTÍNHSINHHỌCTRONGTỎI LUẬNÁNTIẾNSĨ NGÀNHCƠNGNGHỆTHỰCPHẨM MÃNGÀNH62540101 NGƯỜIHƯỚNGDẪN PGs.Ts.NGUYỄNMINHTHỦY Ts.HÀPHƯƠNGTHƯ LỜICẢMTẠ TơixinchânthànhcảmơnPGs.Ts.NguyễnMinhThủy Ts.H Phương Thư hướng dẫn tận tình; truyền đạt kiến thức, kinh nghiệmqbáu;độngviênvàgiúpđỡtơirất nhiềuđểtơihồnthànhluậnántiếnsĩ Tơixinthể hiệnlịngbiếtơnđến: Q Thầy, Cô anh, chị, em nghiên cứu viên Bộ môn Côngnghệ Thực phẩm, Khoa Nông nghiệp, Trường Đại học Cần Thơ truyền đạtkiếnthứcvàquantâm,giúpđỡtơi trongqtrìnhhọctập,nghiêncứu Tập thể cán Phòng Vật liệu Nano Y sinh, Viện Khoa học Vật liệu;Phịng Hóa sinh Ứng dụng, Phịng Hoạt chất Sinh học, Phịng Nghiên cứu cáchợp chất thiên nhiên, Viện Hóa học; Phịng Cơng nghệ sinh học Enzyme, ViệnCơng nghệ Sinhh ọ c ; P h ò n g T h i ế t b ị d ù n g c h u n g , V i ệ n K ỹ t h u ậ t N h i ệ t đ i ; ViệnHóa học hợpchất thiên nhiên – ViệnH n l â m K h o a h ọ c v C ô n g nghệ Việt Nam tạo điềukiệnnghiêncứu, giúp đỡ vàtruyềnđ t k i ế n t h ứ c chotôi Tậpt h ể c n b ộ P h ò n g n g h i ê n c ứ u c h u y ê n s â u , T r n g Đ i h ọ c C ầ n T h đãgiúpđỡtơitrongqtrìnhnghiêncứu Cáca nh , chị,em v t ập t h ể lớ p C a o họcCôngnghệs a u t h u hoạchK đãhỗtrợtơitrongqtrìnhnghiêncứu Tơixingửilờicảmơnđến: BangiámhiệuTrườngĐạihọcCầnThơ; BangiámhiệuTrường ĐạihọcTiềnGiang; LãnhđạoViệnHànlâmKhoahọcvàCơngnghệViệtNam; BanchủnhiệmKhoaNơngnghiệp; LãnhđạoViệnNghiêncứuvàPháttriểnCơngnghệSinhhọc; BanchủnhiệmKhoaSauđạihọc; Đãtạođiềukiện,giúpđỡtơitrongsuốtthờigianhọctậpvàlàmluậnán Ngồi ra, tơi xin gửi lời cảm ơn sâu sắc đến Ba Mẹ người thân nuôidạy vàgiúpđỡ, độngviêntôi nhiềut r o n g suốt t r ì n h h ọ c t ậ p , n g h i ê n cứulàmluậnán Trântrọng, NguyễnÁiThạch TÓMTẮT Các sản phẩm chế biến từ tỏi (Allium sativumL.) mở hướng sửdụng tỏi nhiều để đáp ứng nhu cầu sức khỏe phòng chống bệnh tật chongười sử dụng.Tỏi đen hoặctỏi lên menthểhiệnt c d ụ n g c h ố n g o x y h ó a mạnh mẽ hương vị dịu hơns o v i t ỏ i t i B ê n c n h đ ó , h ộ i t ụ c ủ a c ô n g nghệ nano với công nghệ khác tác động lớn đến sản xuất, chế biếnvà bảo quản tỏi Vì vậy, nghiên cứu tác động kỹ thuật chế biến, bảo quản,xây dựng cácmơhìnhđ ộ n g h ọ c b i ế n đ ổ i c c h o t c h ấ t q u a n t r ọ n g t r o n g c c sản phẩm từ tỏi với công nghệ nano ứng dụng nhằm trì nâng caochấtlượngsảnphẩmchoquátrìnhsửdụngởmứcđộcaovàhiệuquảhơn Củ tỏi thu hoạch độ tuổi 130-135 ngày sau gieo có chất lượngcao cường độ hô hấp thấp Nhiệt độ oC cung cấp điều kiện tồn trữ tốtnhấtđảmbảochấtlượngcủa củtỏiđến180ngàytồntrữtrongbaobìvảilưới Trong chế biến tỏi đen, hai biện pháp chần lạnh đông tỏi nguyên củđều cho hàml ợ n g c c h ợ p c h ấ t s i n h h ọ c c a o h n s o với tỏi tươi Thực h i ệ n quát r ì n h đ ô n g l n h t ỏ i t r o n g t h i g i a n g i n h i ệ t đ ộ oCl biện ph áp tiềnxửlýhiệu cho hàml ợ n g c c h ợ p c h ấ t s i n h h ọ c v k h ả n ă n g c h ố n g oxy hóa cao Nhiệt độ 70 oC tạo điều kiện thuận lợi cho trình chế biến tỏiđen, cụ thể hàm lượng polyphenol tăng 6,5 lần so với tỏi tươi Các thông số tốiưu đạt sấy tỏi đen nhiệt độ 58,78oC với thời gian 12,25g i N g o i ra, sản phẩm tỏi đen có khả tồn trữ tốt nhiệt độ mát (5oC) bao bìnhơm Trong điều kiện này, hàm lượng hợp chất sinh học sản phẩmđượcduytrìởmứcđộcao Trong chế biến tỏi lên men lactic, tép tỏi chần nhiệt độ 80 Ctrong 90 giây thể tổn thất thấp hợp chất Trong trìnhlên menacidlactic, hàmlượng polyphenol flavonoidt ổ n g s ố , h o t t í n h chống oxy hóa tỏi tăng lên đáng kể Trong đó, hàm lượng thiosulfinategiảm dầnsau ngày lênment r o n g d u n g d ị c h c ó n n g độ muối NaCl 1% v mật độvikhuẩnLactobacillus plantarum10 CFU/mL.Bênc n h đ ó , s ả n phẩm tỏi lên men lactic trì hợp chất sinh học (polyphenol,flavonoid thiosulfinate) khả chống oxy hóa bảo quảnở điều kiện nhệt độ 4-6oC dung dịch lên men trùng thời gian 2tháng o Từ kết đạt (được đề cập phần trên) cho thấy tỏi đen sảnphẩm chứa nhiều hợpchất có hoạt tínhsinhh ọ c h n t ỏ i l ê n menlactic H ệ nanotỏiđenđượcchếtạobởialginatecók í c h cỡhạttrongkhoảng6080nmđobằngkínhhiểnvi điệnt q u é t v p h â n b ố t r o n g n c v i k í c h t h c - 178 nm Các hạt nano tỏi đen phân tán ổn định với điện zeta -11-22,5mV khơng có hình thành hợp chất trìnhc h ế tạo h t nanothôngquaphổchuyểnđổihồngngoạiFourier Hệ nano tỏi đen dương tính cóh o t t í n h v ợ t t r ộ i s o v i t ỏ i đ e n tế bào ung thư biểu mơ biểu bìmiệng, tế bào ung thư gan, tế bào ung thưphổi, tế bào ung thư biểu mô thận khỉ, tế bào ung thư da âm tính với tế bàoung thư vú Trong đó, hệ nano tỏi đen thể hoạt tính tất bảydịngvisinhvậtthử nghiệm.Hệ nanotỏiđencóthể ứcchếenzymeglucosidase gây bệnh tiểu đường khơng có tác dụng AChE gâybệnhA lzheimer Ngoài ra,hạtnanot ỏi đens dụ ng antoàn c h o chuột l iềusử dụng 250 mg/kg trọng lượng thể có khả hạ đường huyết chuộtbệnhtiểuđườngtừ421xuốngcịn195mg/dLsau21ngàyđiềutrị Từkhóa:Chốngoxyhóa,lãohóa,lênmen,nanohóa,tỏi,tồntrữ SUMMARY The products made from garlic (Allium sativumL.) which might help touse more garlic for health promotion and disease prevention Black garlic orlactofermentedgarlichasstrongantioxidantandmilderflavort h a n f r e s h garlic Besides that, convergence of nanotechnology witho t h e r t e c h n o l o g i e s also has a major impact on production, processing and preservation of garlic.Therefore,studytheeffectofprocessingtechniques,preservationandconstruc tion of kinetic model to describe the bioactive compounds changes ingarlic productswith nanotechnology applicationsw i l l be helpful to m a i n t a i n andenhancequalityproductsinorder tousethemefficiently Raw garlic bulbs wereharvestedat 130135daysa f t e r p l a n t i n g w h i c h hadthehighestqualityandlowrespirationrat e.Thetemperatureat0 ° C provides the best storage conditions for garlic quality up to 180 days duringstoragein mesh bag Forb l a c k garlic proces sing, bothblanchingandf r e e z i n g treatment shelp toimprovebioactivecompoundsthanfreshgarlic.Amongthepretreatmentconditions, frozen garlic at -18oC for 36 hours had the greatest impact on thetotal phenoliccontent,flavonoidandantioxidantactivitiesof garlic.Theseresultsindicatedthatfreezingcanpromotethegenerationoffunctionalm aterials.A t oC,t h e t o t a l po ly ph en ol co nt e nt i n c r e a s e d b y about6 t i m e s inblackgarlicthanthatinfreshgarlic.Theoptimal dryingwasfounda t 58.78°Cfor12.25hoursbymeansofr e s p o n s e s u r f a c e m e t h o d o l o g y Moreover, black garlic has goods t o r a g e c a p a c i t y at low temperature o ( a b o u t C)inaluminumpackaging.Inthiscondition,thecontentofbioactivecom poundsinwhichis maintainedtothehighestlevel For lacto-fermentedgarlic processing, the obtainedr e s u l t s s h o w e d t h a t theminorlossesinbioactivecompoundswereobservedafterblanc hingoperationat80oCfor90seconds.Pickledgarlicprocessingw i t h b a c t e r i a d ensity of 106CFU/mLafter 6d a y s showedthe highest p o l y p h e n o l c o n t e n t than that with 10 and 10 CFU/mL Besides, additional salt concentration alsoaffects the polyphenol content Pickled garlic in salt concentration solution ofNaCl 1% andLactobacillus plantarumdensity about 106CFU/mL after daysoffermentationshowedthatphenolicandflavonoidcontentsandradicalscaveng ing activity using DPPH method of garlic increased significantly whiledecreasingthiosulfinatecontent.Inaddition,lacto- fermentedgarlicstillmaintainsb i o a c t i v e c o m p o u n d s s u c h a s p o l y p h e n ols,flavonoidsand thiosulfinatesandantioxidantcapacitywhenthatwasstoredat46°Cinpasteurizedfermentationsolutionfortwomonths The above results showed that black garlic is a product containing morebioactivecompoundsthanpickledgarlic.Theblackgarlicnanoparticlesproduc ed by alginate polymer had a particle size of 60-80 nm using SEM andwere distributed in water with particle size about 109-178 nm Black garlicnanoparticleswelldispersedstability withzetap o t e n t i a l a b o u t 1 22.5mV.Therewerenotnewsubstancesweref o r m e d d u r i n g n a n o p a r t i c l e s creatingbyusingFT-IR Blackgarlicnanoparticlessystemarepositiveforh u m a n o r a l c a n c e r ce lls, liver cancer cells, lung cancer cells, monkey kidney cancer cells, skincancercellsandnegativeforbreastcancercells.T h e y s h o w e d i n h i b i t e d activity on seven microorganism lines in this study Black garlic nanoparticlesmay inhibit-glucosidaseenzyme whichi s i n v o l v e d d i a b e t i c b u t n o t A C h E that is involved Alzheimer's Nanosize of black garlic systems were safety atdoses of 250 mg/kg body weight and were hypoglycemic in the diabetic ratsfrom421to195mg/dLafter21daysoftreatment Từkhóa:Aged,antioxidant,fermentation,garlic,nanoization,storage CỘNGHỊAXÃHỘICHỦNGHĨAVIỆTNAM Độclập –Tựdo–Hạnhphúc LỜICAMĐOAN Tôi xin cam đoan luậná n n y đ ợ c t h ự c h i ệ n v h o n t h n h d ự a t r ê n c c k ế t quảnghiêncứucủa vànhững kết quản y c h a đ ợ c s d ụ n g c h o b ấ t k ỳ luậnán cùngcấpnào CầnThơ,ngày……tháng……năm2020 Cánbộhướngdẫnchính (ký,ghirõhọtên) NguyễnMinhThủy Cánbộhướngdẫnphụ (ký,ghirõhọtên) HàPhươngThư Tácgiảluậnán (ký, ghi rõ họ tên) NguyễnÁiThạch MỤCLỤC TÓMTẮT i SUMMARY .iii DANHSÁCH BẢNG ix DANHSÁCH HÌNH xi DANH MỤCTỪVIẾTTẮT xvi Chương1:GIỚITHIỆU 1.1 Đặtvấnđề 1.2 Mụctiêu nghiêncứu .2 1.2.1 Mụctiêuchung .2 1.2.2 Mụctiêucụ thể .3 1.3 Nộidung nghiêncứu 1.3.1 Nộidung 1:Khảosátsựthayđổiđặctínhlýhọcvà hợpchấtcóhoạttính sinhhọccủacủtỏi(AlliumsativumL.)trongqtrìnhthuầnthụcvàtồntrữ .3 1.3.2 Nộidung2:Nângcaoc c chấtcóh o t tínhs i nh họ c củt ỏ i thơng qua quytrìnhchế biếnsảnphẩmtỏiđenvàtỏilênmenlactic 1.3.3 Nộidung3:Ứngdụngcôngnghệnanonhằmcảithiệnsinhkhảdụngcủa cáchợpchấtsinhhọc từsản phẩmtỏiđen 1.4 Đốitượngvàphạmvinghiêncứu .4 1.5 Ýnghĩacủaluậnán 1.5.1 Ýnghĩa khoahọc 1.5.2 Ýnghĩa thực tế .4 1.6 Những điểm mớicủaluậnán Chương2:TỔNG QUANTÀILIỆU 2.1 Giớithiệutổngquan 2.1.1 Tổng quátvề tỏi 2.1.2 Ápdụngcácbiệnphápxửlýnhiệttrongchếbiếntỏiđen 10 2.1.3 Chếbiếntheo phươngpháplênmenlactic 12 2.1.4 Mộtsố sảnphẩmtỏikhác .14 2.1.5 Kỹthuậtnanotrongcôngnghệthựcphẩm 15 2.2 Tình hìnhnghiêncứutrongvàngồinước .21 2.2.1 Cácnghiêncứu liên quanđến điềuk i ệ n thuhoạchvà tồnt r ữ củ t ỏ i sau thuhoạch .21 2.2.2 Cácnghiêncứu nâng caohoạtchấtsinhhọc trongtỏiliênquan đếnchế biếntỏiđen 23