Luận án tiến sĩ nghiên cứu thành phần hóa học và xây dựng quy trình chế biến sản phẩm có tác dụng tăng cường sức khỏe từ cua lột (scylla)

Luận án tiến sĩ BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO VIỆN HÀN LÂM KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ VIỆT NAM HỌC VIỆN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ - - NGUYỄN THỊ PHƢƠNG LAN NGHIÊN CỨU THÀNH PHẦN HĨA HỌC VÀ XÂY DỰNG QUY TRÌNH CHẾ BIẾN SẢN PHẨM CÓ TÁC DỤNG TĂNG CƢỜNG SỨC KHỎE TỪ CUA LỘT (SCYLLA) LUẬN ÁN TIẾN SỸ HÓA HỌC Hà Nội- 2021 Luận án tiến sĩ i LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam Ďoan: Đây cơng trình nghiên cứu riêng hướng dẫn khoa học PGS TS Nguyễn Quyết Chiến TS Lê Tất Thành Các số liệu kết thu Ďược luận án hồn tồn trung thực chưa Ďược cơng bố cơng trình khác Hà Nội, ngày tháng năm 2021 Tác giả luận án Nguyễn Thị Phương Lan Luận án tiến sĩ ii LỜI CẢM ƠN Với kính trọng, lịng biết ơn chân thành sâu sắc nhất, tơi xin bày tỏ lịng biết ơn tới PGS.TS Nguyễn Quyết Chiến TS Lê Tất Thành người thầy Ďã hướng dẫn tận tình tạo Ďiều kiện giúp Ďỡ thời gian thực luận án Tôi xin Ďược cảm ơn giúp Ďỡ tạo Ďiều kiện thuận lợi Học Viện Khoa học Công nghệ - Viện Hàn lâm Khoa học Công nghệ Việt Nam suốt thời gian thực luận án Tôi xin Ďược cảm ơn quan tâm, giúp Ďỡ GS.TS Phạm Quốc Long, Ban Lãnh Ďạo Viện Hóa học hợp chất thiên nhiên - Viện Hàn lâm Khoa học Công nghệ Việt Nam Cục An toàn thực phẩm - Bộ Y tế, người Ďã chia sẻ công việc Ďộng viên suốt thời gian nghiên cứu học tập Tôi xin chân thành cảm ơn tập thể cán Trung tâm Nghiên cứu Phát triển sản phẩm thiên nhiên - Viện Hóa học hợp chất thiên nhiên, Viện Kiểm nghiệm An toàn vệ sinh thực phẩm quốc gia Ďã giúp Ďỡ tơi nhiệt tình suốt thời gian thực luận án Đặc biệt, tơi xin Ďược bày tỏ lịng biết ơn chân thành sâu sắc tới toàn thể người thân gia Ďình tơi, bạn bè Ďã Ďộng viên Ďể tơi hồn thiện Ďược luận án Tôi xin trân trọng cảm ơn! Hà Nội, ngày tháng năm 2021 Tác giả luận án Nguyễn Thị Phương Lan Luận án tiến sĩ iii MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN i LỜI CẢM ƠN ii MỤC LỤC iii DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT viii DANH MỤC BẢNG xi DANH MỤC HÌNH xiii MỞ ĐẦU CHƢƠNG I TỔNG QUAN .2 1.1 Tổng quan cua Scylla spp 1.1.1 Giới thiệu chung cua 1.1.2 Giới thiệu chi cua bùn Scylla 1.1.3 Giới thiệu chung cua lột nghề ni cua lột .6 1.1.4 Tình hình sử dụng, chế biến cua lột 1.2 Các nghiên cứu hóa học cua 1.2.1 Nghiên cứu thành phần hóa học loài cua biển giới 1.2.2 Nghiên cứu thành phần hóa học loài cua bùn Scylla 14 1.2.3 Nghiên cứu chất có hoạt tính sinh học lồi cua 16 1.2.3.1 Hoạt tính chống oxy hóa 17 1.2.3.2 Hoạt tính kháng vi sinh vật .17 1.2.3.3 Các hoạt tính khác 18 1.2.3.4 Hoạt tính lipid phospholipid 19 1.3 Công nghệ thuỷ phân protein chế biến thực phẩm 20 1.3.1 Giới thiệu chung .20 1.3.2 Tính chất hóa lý protein thủy phân 21 1.3.3 Hoạt tính sinh học protein thủy phân .21 1.3.4 Ứng dụng protein thủy phân .22 1.3.5 Các phương pháp thủy phân protein .22 1.4 Giới thiệu quy hoạch thực nghiệm tối ƣu hóa quy trình cơng nghệ hóa học 26 Luận án tiến sĩ iv 1.4.1 Giới thiệu quy hoạch thực nghiệm (Phương pháp bề mặt đáp ứng – RSM) 26 1.4.2 Phần mềm quy hoạch thực nghiệm Design Expert 12.0 28 1.5 Định hƣớng nghiên cứu 29 CHƢƠNG ĐỐI TƢỢNG VÀ PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 32 2.1 Đối tƣợng nghiên cứu .32 2.2 Phƣơng pháp nghiên cứu .33 2.2.1 Các phương pháp xác định thành phần hóa học 33 2.2.2 Phương pháp đánh giá hoạt tính sinh học 34 2.2.3 Phương pháp thủy phân công nghệ enzym 35 2.2.4 Phương pháp quy hoạch thực nghiệm tối ưu hóa quy trình cơng nghệ .36 CHƢƠNG THỰC NGHIỆM .37 3.1 Sơ chế xử lý mẫu cua lột .37 3.2 Sơ đồ nghiên cứu mẫu cua lột 38 3.3 Phân tích thành phần hóa học .38 3.3.1 Xác định hàm lượng ẩm 38 3.3.2 Xác định hàm lượng tro 39 3.3.3 Xác định hàm lượng protein 39 3.3.4 Xác định hàm lượng lipid t ng 40 3.3.5 Xác định vitamin 40 3.3.5.1 Vitamin A, D, E 40 3.3.5.2 Xác định vitamin K 41 3.3.5.3 Xác định vitamin B2, B3 .42 3.3.6 Xác định khoáng chất .42 3.3.6.1 Xác định Ca, Mg, Na, K, P, Fe, Zn 42 3.3.6.2 Phương pháp xác định Cu, Mn 43 3.3.7 Xác định cholesterol, ecdysone 44 3.4 Phân tích thành phần hàm lƣợng axit amin .45 3.5 Xác định thành phần hàm lƣợng axit béo 46 3.6 Xác định thành phần hàm lƣợng lớp chất lipid lipid tổng .47 3.7 Phân tích dạng phân tử lipid phân cực 47 Luận án tiến sĩ v 3.7.1 Xác định nhóm chất phân lớp lipid phân cực 48 3.7.2 Xác định dạng phân tử phân lớp phospholipid 49 3.8 Thử nghiệm hoạt tính sinh học .57 3.8.1 Thử nghiệm hoạt tính gây độc tế bào ung thư 57 3.8.2 Thử nghiệm hoạt tính chống oxy hóa phương pháp đo malondialdehyde (MDA) 58 3.8.3 Thử nghiệm hoạt tính kháng viêm 58 3.8.4 Thử nghiệm hoạt tính chống lỗng xương sản phẩm thủy phân cua lột sản phẩm thực phẩm chức từ bột cua lột thuỷ phân .60 3.9 Nghiên cứu tối ƣu hóa q trình thủy phân cua lột enzym 62 3.9.1 Thiết bị nguyên liệu .63 3.9.2 Quy trình chung cho phản ứng thủy phân .63 3.9.3 Xác định độ thủy phân (phương pháp OPA) hàm lượng peptid .64 3.9.4 Khảo sát yếu tố ảnh hưởng 66 3.9.5 Nghiên cứu tối ưu hóa q trình thủy phân 67 3.10 Nghiên cứu tối ƣu hóa q trình sấy phun .67 3.10.1 Thiết bị nguyên liệu 67 3.10.2 Quy trình chung 68 3.10.3 Khảo sát yếu tố ảnh hưởng đến trình sấy phun 68 3.10.4 Nghiên cứu tối ưu hóa q trình sấy phun 68 3.11 Sản xuất bột cua lột thủy phân qui mô pilot 69 3.12 Sơ đồ định hƣớng nghiên cứu quy trình cơng nghệ tạo sản phẩm có tác dụng tăng cƣờng sức khỏe quy mơ phịng thí nghiệm 69 CHƢƠNG KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 71 4.1 Thành phần hóa học cua lột Scylla paramamosain 71 4.1.1 Các thành phần hóa học 71 4.1.1.1 Hàm lượng ẩm tro cua lột .71 4.1.1.2 Hàm lượng protein 72 4.1.1.3 Hàm lượng lipid 72 4.1.1.4 Hàm lượng vitamin 73 4.1.1.5 Hàm lượng khoáng chất 74 4.1.2 Thành phần hàm lượng axit amin .76 Luận án tiến sĩ vi 4.1.3 Thành phần hàm lượng lớp chất lipid cua lột 77 4.1.4 Thành phần hàm lượng axit béo 80 4.1.5 Xác định dạng phân tử lớp chất phospholipid 83 4.1.6 Hàm lượng cholesterol ecdysone trình lột xác cua lột .96 4.2 Kết đánh giá hoạt tính sinh học lớp chất lipid cua lột 98 4.2.1 Kết đánh giá hoạt tính kháng viêm 99 4.2.2 Kết đánh giá hoạt tính chống oxy hóa 101 4.2.3 Kết đánh giá hoạt tính gây độc tế bào ung thư 101 4.3 Xây dựng tối ƣu hóa quy trình thủy phân cua lột enzym 103 4.3.1 Nghiên cứu lựa chọn enzym cho trình thủy phân 103 4.3.2 Nghiên cứu ảnh hưởng đơn yếu tố đến hàm mục tiêu trình 105 4.3.2.1 Kết khảo sát ảnh hưởng pH .105 4.3.2.2 Kết khảo sát ảnh hưởng nhiệt độ .105 4.3.2.3 Kết khảo sát ảnh hưởng tỷ lệ nước bổ sung vào nguyên liệu 106 4.3.2.4 Kết khảo sát ảnh hưởng tỷ lệ enzym/cơ chất (E/S) 107 4.3.2.5 Kết khảo sát ảnh hưởng thời gian thủy phân 108 4.3.3 Nghiên cứu tối ưu hóa q trình thủy phân phương pháp bề mặt đáp ứng 108 4.3.3.1 Thiết lập mơ hình xây dựng ma trận kế hoạch thực nghiệm 108 4.3.3.2 Kiểm tra có nghĩa mơ hình 111 4.3.3.3 Tối ưu hóa quy trình thủy phân 113 4.3.3.4 Kiểm tra lại mơ hình tối ưu hóa 114 4.4 Xây dựng tối ƣu hóa quy trình sấy phun sản phẩm thủy phân cua lột115 4.4.1 Khảo sát yếu tố ảnh hưởng đến chất lượng sản phẩm trình sấy phun 115 4.4.1.1 Ảnh hưởng tốc độ đầu phun đến chất lượng sản phẩm 115 4.4.1.2 Thiết lập mơ hình xây dựng ma trận kế hoạch thực nghiệm 116 4.4.1.3 Ảnh hưởng nhiệt độ khí sấy đầu vào đến chất lượng sản phẩm 117 Luận án tiến sĩ vii 4.4.1.4 Ảnh hưởng tốc độ bơm dịch đến chất lượng sản phẩm 118 4.4.2 Nghiên cứu tối ưu hóa trình sấy phun phương pháp bề mặt đáp ứng 119 4.4.2.2 Kiểm tra có nghĩa mơ hình 119 4.4.2.3 Tối ưu hóa quy trình sấy phun 122 4.4.2.4 Kiểm tra lại mơ hình tối ưu hóa 123 4.5 Sản xuất bột cua lột thủy phân quy mô pilot 123 4.5.1 Quy trình sản xuất 123 4.5.2 Thành phần hóa học sản phẩm thủy phân cua lột 126 4.5.2.1 Thành phần hàm lượng dinh dưỡng 126 4.5.2.2 Thành phần hàm lượng khoáng chất 127 4.5.3 Hoạt tính chống lỗng xương sản phẩm thủy phân cua lột sản phẩm thực phẩm chức Boness từ bột cua lột thuỷ phân .127 4.6 Bào chế sản phẩm có tác dụng tăng cƣờng sức khỏe từ bột cua lột thủy phân 130 4.6.1 Sản phẩm “Forté Kid” chống còi xương trẻ em 130 4.6.1.1 Các nguyên liệu sử dụng để bào chế sản phẩm Forté Kid 130 4.6.1.2 Quy trình bào chế bột dinh dưỡng Forté Kid 130 4.6.1.3 Đánh giá cảm quan kết bột dinh dưỡng 132 4.6.1.4 Công thức sản phẩm Forté Kid .132 4.6.2 Sản phẩm “Boness” chống loãng xương 133 4.6.2.1 Các nguyên liệu sử dụng để bào chế sản phẩm Boness 133 4.6.2.2 Xác định tá dược độn 134 4.6.2.3 Quy trình bào chế sản phẩm chống lỗng xương Boness .134 4.6.2.4 Cơng thức sản phẩm chống loãng xương Boness 136 KẾT LUẬN 137 KIẾN NGHỊ 138 NHỮNG ĐÓNG GÓP MỚI CỦA LUẬN ÁN 139 CÁC CƠNG TRÌNH KHOA HỌC ĐÃ CÔNG BỐ 140 TÀI LIỆU THAM KHẢO 141 Luận án tiến sĩ MỞ ĐẦU Ở nước ta, cua bùn (Scylla spp.) Ďối tượng nuôi thủy sản nước mặn-lợ truyền thống, có giá trị kinh tế-xã hội quan trọng cộng Ďồng ngư dân ven biển nguồn thực phẩm ưa thích số Ďơng người Việt Nghề ni cua bùn thương phẩm phát triển kéo theo phát triển nghề nuôi cua lột Ďã làm tăng lên giá trị kinh tế Ďối tượng làm Ďa dạng nghề nuôi thủy sản Nuôi cua lột nghề truyền thống mà sản phẩm cua vỏ mềm (Ďược gọi cua lột), sau Ďã lột bỏ lớp vỏ cứng thay lớp màng chitin mềm mại bao bọc thể Cho Ďến nay, sản phẩm cua lột Ďược sử dụng thực phẩm “ăn liền”, nghĩa dừng việc sơ chế, Ďóng gói, bảo quản cấp Ďơng tiêu thụ nội Ďịa xuất Ďể làm nguyên liệu cho nhà hàng chế biến hàng loạt ăn Các nghiên cứu thành phần hóa học, hoạt tính sinh học cua lột công nghệ chế biến làm tăng giá trị, bào chế sản phẩm có chất lượng cao cịn hạn chế Trong năm gần Ďây, người tiêu dùng Việt Nam ngày quan tâm nhiều Ďến thực phẩm chức an tồn, có lợi cho sức khỏe Những minh chứng xác thực vai trò quan trọng thực phẩm chức việc giảm thiểu bệnh cải thiện sức khỏe Ďã Ďang Ďộng lực cộng hưởng thúc Ďẩy công nghệ chế biến lĩnh vực phát triển mạnh mẽ Trong Ďó, cơng nghệ enzym Ďược xếp hạng công nghệ “xanh-sạch”, giữ vị trí tiên tạo hợp chất có thành phần giàu dinh dưỡng, hoạt tính sinh học cao, bao gồm protein peptid, axit béo khơng no bão hịa (PUFAs), probiotic prebiotic, chất xơ, chất khoáng, Ďược sử dụng có Ďịnh hướng sản xuất sản phẩm bảo vệ sức khỏe chất lượng cao Những năm qua, nhiều sản phẩm công nghệ enzym Ďã Ďược sản xuất quy mơ cơng nghiệp Ďược thương mại hóa nhờ vào ưu Ďiểm trội xúc tác enzym tốc Ďộ phản ứng nhanh, có tính chun hóa cao, Ďiều kiện phản ứng Ďơn giản, khơng cần loại bỏ hóa chất dư thừa sau phản ứng khỏi sản phẩm cuối dễ dàng mở rộng quy mơ sản xuất Động vật thủy sản nói chung, lồi cua biển nói riêng thực phẩm có mùi vị, giá trị dinh dưỡng giá trị kinh tế cao, cần Ďược nghiên cứu sâu thành phần hóa học hoạt tính sinh học Với hàm lượng protein cao, chúng Ďược sử dụng nguồn nguyên liệu lý tưởng Ďể thu nhận sản phẩm có hoạt tính sinh học Ďa dạng công nghệ enzym nhằm phục vụ phát triển sản xuất loại thực phẩm chức có giá trị gia tăng Luận án tiến sĩ CHƢƠNG I TỔNG QUAN 1.1 Tổng quan cua Scylla spp 1.1.1 Giới thiệu chung cua Động vật dạng cua (Cua) hay gọi Phân thứ Cua (danh pháp khoa học: Brachyura) nhóm lồi Ďộng vật giáp xác, thân rộng bề dài, mười chân có khớp, hai chân trước tiến hóa trở thành hai càng, vỏ xương bọc thịt, phần bụng nằm bẹp hoàn toàn Ďược che phần ngực, Ďầu cua thân Ďược nối liền vào khối có lớp mai bọc bên Hiện nay, theo thống kê Walters Johnson giới Ďã phát khoảng gần 6.800 loài [1] Tên gọi phổ biến chúng tiếng Việt Ďa dạng cua, cáy, còng, Ďam, rạm, dã tràng, ghẹ, cà ra, Các tên gọi Ďơn dựa theo hình thái mơi trường sống chúng Cua có nhiều tất vùng biển, Ďại dương Nhiều loài cua lại sống sơng, suối, Ďồng ruộng, chẳng hạn lồi họ Cua núi (Potamidae), hay họ Cua Ďồng (Parathelphusidae) số loài sống cạn (họ Gecarcinidae) Cua bùn (mud crabs), hay cua vùng ngập mặn (mangrove crabs), tên thường gọi số loài cua sống bùn vùng ngập mặn, bao gồm loài thuộc chi Scylla số loài cua thuộc họ Panopeidae Xanthidae 1.1.2 Giới thiệu chi cua bùn Scylla Chi cua bùn Scylla chi (giống) cua biển thuộc họ Cua bơi (Portunidae), Liên họ Portunidae, Phân thứ Brachyura, Phân Pleocyemata, Bộ Decapoda, Lớp Malacostraca, Phân ngành Crustacea, Ngành Arthropoda, Giới Animalia [2] Trước Ďây, nhiều tác giả cho giống cua Scylla có loài S serrata (Forskal, 1775) từ năm 1949, Estampador Ďã dựa tập tính Ďào bới bùn Ďất, màu sắc, Ďặc trưng hình thái cấu trúc nhiễm sắc thể Ďể cơng nhận lồi thứ chi Scylla có Philippines bao gồm: S oceanica, S tranquebarica, S serrata S serrata var paramamosain [3] Năm 1952, Serene dựa vào mẫu thu Ďược miền Nam Việt Nam Ďã tách giống cua Scylla thành loài: S oceanica, S tranquebarica, S serrata S crassimana Năm 1972, Starobogatov Y.I cho loài cua bùn Vịnh Bắc loài S oceanica Gần Ďây hơn, nghiên cứu xác Ďịnh hình thái allozym (dị enzym) Ďã hình Luận án tiến sĩ Luận án tiến sĩ Luận án tiến sĩ Luận án tiến sĩ Luận án tiến sĩ Luận án tiến sĩ Luận án tiến sĩ Luận án tiến sĩ Luận án tiến sĩ Luận án tiến sĩ Luận án tiến sĩ Luận án tiến sĩ Luận án tiến sĩ Luận án tiến sĩ Luận án tiến sĩ BONESS THỰC PHẨM BẢO VỆ SỨC KHỎE 60 viên THÀNH PHẦN : Cua lột thủy phân 200 mg (có chứa 2.33 mg canxi, 1.72 mg photpho, 100mg protein), Canxi photphat 200 mg, magie photphate 100 mg, Vitamin D3 mcg Phụ liệu: Vỏ nang Gelatin vừa đủ viên CÔNG DỤNG : Bổ sung canxi vitamin D3 cho thể, Hỗ trợ tăng cường hấp thụ canxi vào xương, giúp xương khỏe, giảm nguy loãng xương ĐỐI TƯỢNG SỬ DỤNG Người trưởng thành cần bổ sung canxi, phụ nữ tiền mãn kinh người già có nguy bị lỗng xương CÁCH DÙNG: Ngày viên chia lần sau bữa ăn BONESS THỰC PHẨM BẢO VỆ SỨC KHỎE 60 viên LƯU Ý: - Thực phẩm thuốc, khơng có tác dụng thay thuốc chữa bệnh - Không dùng cho người nhạy cảm với thành phần thực phẩm - Đọc kĩ hướng dẫn trước sử dụng BẢO QUẢN: Nơi khơ ráo, thống mát, tránh ánh sáng trực tiếp Để xa tầm tay trẻ em Hạn sử dụng: năm kể từ ngày sản xuất LSX: NSX Khối lượng viên: 500mg /viên±7.5% ( Chưa kể khối lượng vỏ nang) Thương nhân sản xuất chịu trách nhiệm sản phẩm: Viện Hóa học Hợp chất thiên nhiên Địa chỉ: nhà 1H, số18 Hồng Quốc Việt, phường nghĩa Đơ, quận Cầu giấy, thành phố Hà Nội Điện thoại: 02437562023