Nghiên cứu tạo bột sấy phun từ cao chiết hương thảo trung tâm ươm tạo doanh nghiệp công nghệ

BAN QUẢN LÝ KHU NÔNG NGHIỆP CÔNG NGHỆ CAO TRUNG TÂM ƯƠM TẠO DOANH NGHIỆP NÔNG NGHIỆP CÔNG NGHỆ CAO  BÁO CÁO NGHIỆM THU NHIỆM VỤ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ NGHIÊN CỨU TẠO BỘT SẤY PHUN TỪ CAO CHIẾT HƯƠNG THẢO Cơ quan chủ trì nhiệm vụ: Trung tâm Ươm tạo Doanh nghiệp Nông nghiệp Công nghệ cao Cơ quan quản lý nhiệm vụ: Ban Quản lý Khu Nông nghiệp Công Nghệ Cao Chủ nhiệm nhiệm vụ: ThS Phan Thị Hồng Thuỷ Thời gian thực nhiệm vụ: 12 tháng Thành phố Hồ Chí Minh, năm 2022 BAN QUẢN LÝ KHU NÔNG NGHIỆP CÔNG NGHỆ CAO TRUNG TÂM ƯƠM TẠO DOANH NGHIỆP NÔNG NGHIỆP CÔNG NGHỆ CAO  BÁO CÁO NGHIỆM THU NHIỆM VỤ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ (Đã chỉnh sửa theo góp ý Hội đồng) NGHIÊN CỨU TẠO BỘT SẤY PHUN TỪ CAO CHIẾT HƯƠNG THẢO CƠ QUAN QUẢN LÝ NHIỆM VỤ CƠ QUAN CHỦ TRÌ NHIỆM VỤ KT GIÁM ĐỐC PHĨ GIÁM ĐỐC Huỳnh Quang Tuấn CHỦ NHIỆM NHIỆM VỤ ThS Phan Thị Hồng Thuỷ Thành phố Hồ Chí Minh, năm 2022 THƠNG TIN NHIỆM VỤ Tên nhiệm vụ: Nghiên cứu tạo bột sấy phun từ cao chiết hương thảo Chủ nhiệm nhiệm vụ: ThS Phan Thị Hồng Thủy Năm sinh: 1987 Học vị: Thạc sỹ Nam/Nữ: Nữ Chuyên ngành: Công nghệ sinh học Năm đạt học vị: 2014 Chức vụ: Phó Trưởng Phịng Khoa học Tổng hợp Tên quan cơng tác: Trung tâm Ươm tạo Doanh nghiệp Nông nghiệp Công nghệ cao Địa quan: Ấp 1, xã Phạm Văn Cội, huyện Củ Chi, Tp.HCM Điện thoại: 028.62646103 Điện thoại: 0931305287 Fax: 028.62646104 Email: hongthuyitb@hotmail.com Địa nhà riêng: ấp Cây Trắc, xã Phú Hịa Đơng, hụn Củ Chi, Tp.Hồ Chí Minh Cơ quan chủ trì: Trung tâm Ươm tạo Doanh nghiệp Nông nghiệp Công nghệ cao Điện thoại: 028.62646103 Fax: 028.62646104 Email: uomtao.ahtp@tphcm.gov.vn Website: www.abi.com.vn Địa chỉ: ấp 1, xã Phạm Văn Cội, huyện Củ Chi, Tp HCM Họ tên thủ trưởng tổ chức: Vương Thị Hồng Loan Số tài khoản: 3713.0.1101853 Kho bạc Nhà nước quận 10, thành phố Hồ Chí Minh Thời gian thực hiện: 12 tháng (từ tháng 12 năm 2021 đến tháng 12 năm 2022) Kinh phí duyệt: 317.995.500 đồng Kinh phí cấp: 317.995.500 đồng (theo Hợp đồng số 09/HĐ-NVNVKHVCN2021 ngày 20 tháng 12 năm 2021) Mục tiêu Xây dựng quy trình tạo bột sấy phun từ cao chiết hương thảo Nội dung thực TT Nội dung thực Kết cần đạt Nội dung 1: Nghiên cứu chiết xuất hợp Quy trình chiết xuất hương thảo với chất có khả kháng oxy hoá đầy đủ thơng số q trình (polyphenol) quy mơ phịng thí nghiệm TT Kết cần đạt Nội dung thực Nội dung 2: Thử nghiệm quy trình - Quy trình chiết xuất quy mơ pilot chiết xuất hương thảo quy mô 10 kg với đầy đủ thơng số q trình lá hương thảo khô/mẻ - Cao chiết hương thảo (1kg) với thông tin hàm lượng polyphenol và độ ẩm Nội dung 3: Nghiên cứu quy trình tạo - Quy trình sấy phun với đầy đủ bột sấy phun hương thảo thơng số q trình - Bột sấy phun hương thảo kg với thông tin hàm lượng polyphenol, độ ẩm tỉ trọng Nội dung 4: Đánh giá khả kháng Kết kháng oxy hoá chế oxy hoá cao chiết hương thảo phẩm từ hương thảo theo phương bột sấy phun hương thảo pháp DPPH MDA với chất đối chứng vitamin C, gallic acid vitamin E Nội dung 5: Đánh giá các tiêu - Hàm lượng carnosol carnosic bột sấy phun hương thảo acid - Đạt QCVN 8-3:2012/BYT Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia ô nhiễm vi sinh vật thực phẩm - Đạt QCVN 8-2:2011/BYT Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia giới hạn ô nhiễm kim loại nặng thực phẩm Sản phẩm nhiệm vụ - Cao chiết hương thảo, 1kg, độ ẩm 100 mg GAE/g cao - Bột sấy phun hương thảo, 1kg, độ ẩm 50 mg GAE/g bột, đạt tiêu chuẩn giới hạn ô nhiễm vi sinh nhiễm kim loại - Quy trình chiết xuất hương thảo - 01 bài báo đăng tạp chí khoa học TĨM TẮT NỘI DUNG NGHIÊN CỨU Đề tài “Nghiên cứu tạo bột sấy phun từ cao chiết hương thảo” thực hiện Trung tâm Ươm tạo Doanh nghiệp Nông nghiệp Công nghệ cao, từ tháng đến tháng 12 năm 2022 Đề tài khảo sát các điều kiện chiết xuất polyphenol từ lá hương thảo khơ, từ tiến hành thử nghiệm quy mơ 10kg lá hương thảo khơ/mẻ, tối ưu hố q trình tạo bột hương thảo phương pháp sấy phun, đánh giá hoạt tính tiêu bột sấy phun thu Bột sấy phun hương thảo thu có hàm lượng polyphenol cao (57,39 mgGAE/g bột) có khả ức chế peroxy hóa lipid tế bào não chuột cao so với trolox 7,8 lần Bột sấy phun hương thảo có chứa 5,5 (% w/w) carnosic acid và 3,4 (% w/w) carnosol, và đạt tiêu giới hạn ô nhiễm vi sinh kim loại nặng MỤC LỤC DANH MỤC CÁC BẢNG i DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ i MỞ ĐẦU CHƯƠNG TỔNG QUAN 1.1 Giới thiệu hương thảo 1.1.1 Tinh dầu hương thảo 1.1.2 Oleoresin 1.1.3 Hoạt tính sinh học hương thảo 1.2 Khái quát chung phương pháp chiết xuất dược liệu sấy phun tạo bột 1.2.1 Quá trình chiết 1.2.2 Quá trình sấy phun 10 1.3 Chế phẩm bột hương thảo tác dụng bảo quản thực phẩm chiết xuất hương thảo 13 1.4 Đánh giá kết cơng trình nghiên cứu cơng bố 14 CHƯƠNG NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU .15 2.1 Nội dung nghiên cứu 15 2.2 Thời gian và địa điểm nghiên cứu 16 2.3 Vật liệu nghiên cứu .16 2.3.1 Nguyên liệu 16 2.3.2 Hoá chất thiết bị 17 2.4 Phương pháp nghiên cứu 18 2.4.1 Nội dung 1: Nghiên cứu chiết xuất hợp chất có khả kháng oxy hoá (polyphenol) quy mơ phịng thí nghiệm 18 2.4.2 Nội dung 2: Thử nghiệm quy trình chiết xuất hương thảo quy mơ 10 kg hương thảo khô/mẻ 19 2.4.3 Nội dung 3: Nghiên cứu quy trình tạo bột sấy phun hương thảo 20 2.4.4 Nội dung 4: Đánh giá khả kháng oxy hoá cao chiết hương thảo bột sấy phun hương thảo 22 2.4.5 Nội dung 5: Đánh giá các tiêu cao chiết bột sấy phun hương thảo 24 CHƯƠNG KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 28 3.1 Nội dung 1: Nghiên cứu chiết xuất hợp chất có khả kháng oxy hoá (polyphenol) quy mơ phịng thí nghiệm .28 3.1.1 Khảo sát ảnh hưởng độ cồn 28 3.1.2 Khảo sát ảnh hưởng nhiệt độ 29 3.1.3 Khảo sát ảnh hưởng kích thước nguyên liệu 30 3.1.4 Khảo sát ảnh hưởng tỉ lệ rắn - lỏng 31 3.1.5 Khảo sát ảnh hưởng thời gian chiết 32 3.1.6 Khảo sát ảnh hưởng số lần chiết 33 3.1.7 Chiết xuất hoạt chất kháng oxy hóa kết hợp loại mùi phương pháp chưng cất lôi nước 34 3.2 Nội dung 2: Thử nghiệm quy trình chiết xuất hương thảo quy mô 10kg lá hương thảo khô/mẻ 36 3.3 Nội dung 3: Nghiên cứu quy trình tạo bột sấy phun hương thảo 37 3.3.1 Khảo sát yếu tố ảnh hưởng đến trình sấy phun hương thảo 37 3.3.2 Tối ưu quá trình sấy phun chiết xuất hương thảo phương pháp bề mặt đáp ứng (RSM) 48 3.4 Nội dung 4: Đánh giá khả kháng oxy hoá cao chiết hương thảo bột sấy phun hương thảo 64 3.5 Nội dung 5: Đánh giá các tiêu cao chiết bột sấy phun hương thảo .66 3.5.1 Hàm lượng carnosol carnosic acid 66 3.5.2 Đánh giá ô nhiễm vi sinh ô nhiễm kim loại nặng 66 CHƯƠNG KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 68 4.1 Kết luận 68 4.2 Kiến nghị 68 TÀI LIỆU THAM KHẢO .69 PHỤ LỤC DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 1.1 Thành phần hoá học tinh dầu lá hương thảo tuỳ thuộc vào vùng địa lý Bảng 1.2 Ảnh hưởng loại dung môi khác đến hiệu suất chiết chất chống oxy hóa hương thảo Bảng 1.3 Vật liệu bao gói thường sử dụng trình sấy phun 10 Bảng 2.1: Các hóa chất sử dụng 17 Bảng 3.1: Hiệu q trình chiết cao từ lá hương thảo khơ .36 Bảng 3.2: Ảnh hưởng nồng độ chiết xuất khơ tính chất bột .38 Bảng 3.3: Ảnh hưởng tỷ lệ chất mang tính chất bột 40 Bảng 3.4: Ảnh hưởng hàm lượng chất rắn tính chất bột 43 Bảng 3.5: Ảnh hưởng nhiệt độ khơng khí đầu vào tính chất bột 45 Bảng 3.6: Ảnh hưởng lưu lượng dịch sấy phun tính chất bột 47 Bảng 3.7: Thiết kế tổng hợp trung tâm cho bột hương thảo 48 Bảng 3.8: Ma trận kết dự đoán và giá trị thực tế TPC .49 Bảng 3.9: Kết ANOVA cho mơ hình bậc hai TPC 51 Bảng 3.10: Hệ số yếu tố mã hóa để đáp ứng TPC 52 Bảng 3.11: Ma trận kết dự đoán và giá trị thực tế hiệu suất trình .55 Bảng 3.13: Hệ số yếu tố mã hóa cho hiệu suất q trình 58 Bảng 3.14: Tiêu chí kết tối ưu TPC PY 62 Bảng 3.15: Các tính chất bột thí nghiệm điều kiện tối ưu .62 Bảng 3.16: So sánh hàm lượng polyphenol hiệu suất trình giữa giá trị thực tế dự đoán 62 Bảng 3.17: Hàm lượng hợp chất có hoạt tính sinh học cao bột sấy phun hương thảo xác định phương pháp HPLC 66 i DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ Hình 1.1 Những thành phần tinh dầu hương thảo .3 Hình 1.2 Ảnh hưởng mùa vụ và vùng địa lý đến thành phần tinh dầu hương thảo Hình 1.3 Một số thành phần quan trọng chiết xuất hương thảo 6) rosmanol, 7) carnosol, 8) carnosic acid, 9) caffeic acid, 10) rosmarinic acid Hình 2.1: Lá hương thảo khơ trước sau nghiền 16 Hình 2.2: Hệ thống chiết xuất pilot 150 lít 20 Hình 2.3: Thiết bị sấy phun LabPlant SD - Basic 21 Hình 2.4: Đường chuẩn carnosic acid, carnosol rosmarinic acid 26 Hình 2.5: Sắc ký đồ bột sấy phun bột hương thảo nồng độ 1000 ppm .26 Hình 3.1: Ảnh hưởng nồng độ cồn đến hàm lượng polyphenol tổng .29 Hình 3.2: Ảnh hưởng nhiệt độ đến hàm lượng Polyphenol tổng 30 Hình 3.3: Xử lý nguyên liệu cho trình chiết máy xay dược liệu 30 Hình 3.4: Ảnh hưởng kích thước đến hàm lượng polyphenol tổng .31 Hình 3.5: Ảnh hưởng tỉ lệ rắn/lỏng đến hàm lượng polyphenol tổng 32 Hình 3.6: Ảnh hưởng thời gian chiết đến hàm lượng Polyphenol tổng 33 Hình 3.7: Ảnh hưởng số lần chiết đến hàm lượng polyphenol tổng .34 Hình 3.8 Hiệu suất chưng cất tinh dầu hương thảo 35 Hình 3.9 Sự thay đổi hàm lượng polyphenol theo quá trình chưng cất tinh dầu 36 Hình 3.11: Ảnh hưởng nồng độ cao chiết lên hàm lượng polyphenol hiệu suất sấy phun 38 Hình 3.12: Ảnh hưởng tỷ lệ chất mang hàm lượng TPC hiệu suất sấy phun .39 Hình 3.14: Ảnh hưởng hàm lượng chất rắn đến hàm lượng polyphenol hiệu suất .42 Hình 3.15: Ảnh hưởng nhiệt độ khơng khí đầu vào hàm lượng polyphenol hiệu suất sấy phun .44 Hình 3.16: Ảnh hưởng lưu lượng dịch hàm lượng polyphenol hiệu suất sấy phun 47 Hình 3.17: Hàm lượng Polyphenol 20 thí nghiệm 50 ii Hình 3.18: Mối tương quan giữa giá trị TPC từ thực nghiệm và dự đoán 51 Hình 3.20: Hiệu suất q trình 20 thí nghiệm .56 Hình 3.21: Mối tương quan giữa hiệu suất trình từ thực nghiệm và dự đoán .57 iii [38] C R Wellwood and R A Cole, "Relevance of carnosic acid concentrations to the selection of rosemary, Rosmarinus officinalis (L.), accessions for optimization of antioxidant yield," (in eng), J Agric Food Chem, vol 52, no 20, pp 6101-7, Oct 2004 [39] J Tai, S Cheung, M Wu, and D Hasman, "Antiproliferation effect of Rosemary (Rosmarinus officinalis) on human ovarian cancer cells in vitro," (in eng), Phytomedicine, vol 19, no 5, pp 436-43, Mar 15 2012 [40] M Ameri and Y.-F J D t Maa, "Spray drying of biopharmaceuticals: stability and process considerations," vol 24, no 6, pp 763-768, 2006 [41] G Caliskan, S N J F Dirim, and b Processing, "The effects of the different drying conditions and the amounts of maltodextrin addition during spray drying of sumac extract," vol 91, no 4, pp 539-548, 2013 [42] S Nakagawa, G G Hillebrand, and G J A Nunez, "Rosmarinus officinalis l.(rosemary) extracts containing carnosic acid and carnosol are potent quorum sensing inhibitors of staphylococcus aureus virulence," vol 9, no 4, p 149, 2020 [43] C Turchiuli, N Lemarié, M.-E Cuvelier, and E J J o F E Dumoulin, "Production of fine emulsions at pilot scale for oil compounds encapsulation," vol 115, no 4, pp 452-458, 2013 [44] A C Kshirsagar, V B Yenge, A Sarkar, and R S J F C Singhal, "Efficacy of pullulan in emulsification of turmeric oleoresin and its subsequent microencapsulation," vol 113, no 4, pp 1139-1145, 2009 [45] R V Tonon, C Brabet, and M D J J o f e Hubinger, "Influence of process conditions on the physicochemical properties of aỗai (Euterpe oleraceae Mart.) powder produced by spray drying," vol 88, no 3, pp 411-418, 2008 [46] Y Suhag, V J C F Nanda, and Agriculture, "Optimization for spray drying process parameters of nutritionally rich honey powder using response surface methodology," vol 2, no 1, p 1176631, 2016 [47] M Rosenberg and T J I D J Sheu, "Microencapsulation of volatiles by spraydrying in whey protein-based wall systems," vol 6, no 3, pp 273-284, 1996 [48] R V Tonon, C R Grosso, and M D J F R I Hubinger, "Influence of emulsion composition and inlet air temperature on the microencapsulation of flaxseed oil by spray drying," vol 44, no 1, pp 282-289, 2011 73 [49] S Young, X Sarda, and M J J o D S Rosenberg, "Microencapsulating properties of whey proteins Microencapsulation of anhydrous milk fat," vol 76, no 10, pp 2868-2877, 1993 [50] K Masters, "Spray drying handbook," (in English), 1991 [51] A Tolun, Z Altintas, and N J J o b Artik, "Microencapsulation of grape polyphenols using maltodextrin and gum arabic as two alternative coating materials: Development and characterization," vol 239, pp 23-33, 2016 [52] A Linke, T Linke, J Hinrichs, and R J D t Kohlus, "Factors determining the surface oil concentration of encapsulated lipid particles—impact of the spray drying conditions," vol 39, no 2, pp 173-186, 2021 [53] Y.-Z Cai and H J J o f s Corke, "Production and properties of spray‐dried Amaranthus betacyanin pigments," vol 65, no 7, pp 1248-1252, 2000 [54] A M Goula and K G J D t Adamopoulos, "Spray drying of tomato pulp: effect of feed concentration," vol 22, no 10, pp 2309-2330, 2004 [55] J A Pellicer et al., "Optimization of the microencapsulation of synthetic strawberry flavour with different blends of encapsulating agents using spray drying," vol 338, pp 591-598, 2018 [56] H Ş Nadeem, M Torun, F J L.-F S Özdemir, and Technology, "Spray drying of the mountain tea (Sideritis stricta) water extract by using different hydrocolloid carriers," vol 44, no 7, pp 1626-1635, 2011 [57] S M Demarchi, N A Q Ruiz, A Concellón, S A J F Giner, and b processing, "Effect of temperature on hot-air drying rate and on retention of antioxidant capacity in apple leathers," vol 91, no 4, pp 310-318, 2013 [58] G Chegini and B J D t Ghobadian, "Effect of spray-drying conditions on physical properties of orange juice powder," vol 23, no 3, pp 657-668, 2005 [59] R Reitz and S J A R F M Lin, "Drop and spray formation from a liquid jet," vol 30, p 85, 1998 [60] A Silva et al., "Influence of process conditions on drying by atomization pulp umbu," vol 4, pp 2-9, 2014 [61] N Phisut, "Spray drying technique of fruit juice powder: some factors influencing the properties of product," 2012 74 [62] D Krishnaiah, R Nithyanandam, and R Sarbatly, "A Critical Review on the Spray Drying of Fruit Extract: Effect of Additives on Physicochemical Properties," Critical Reviews in Food Science and Nutrition, vol 54, no 4, pp 449-473, 2014/01/01 2014 [63] W Wang, C Dufour, and W Zhou, "Impacts of spray-drying conditions on the physicochemical properties of soy sauce powders using maltodextrin as auxiliary drying carrier," CyTA - Journal of Food, vol 13, no 4, pp 548-555, 2015/10/02 2015 [64] J Toneli, K Park, A Negreiros, and F Murr, "Spray-Drying Process Optimization of Chicory Root Inulin," Drying Technology, vol 28, no 3, pp 369-379, 2010/03/08 2010 [65] G A Reineccius, "The Spray Drying of Food Flavors," Drying Technology, vol 22, no 6, pp 1289-1324, 2004/06/01 2004 [66] P Seyedemadi, M Rahnema, M R Bigdeli, S Oryan, and H Rafati, "The Neuroprotective Effect of Rosemary (Rosmarinus officinalis L.) Hydro-alcoholic Extract on Cerebral Ischemic Tolerance in Experimental Stroke," (in eng), Iran J Pharm Res, vol 15, no 4, pp 875-883, Fall 2016 [67] M Y Farooqui, W W Day, and D M Zamorano, "Glutathione and lipid peroxidation in the aging rat," (in eng), Comparative biochemistry and physiology B, Comparative biochemistry, vol 88, no 1, pp 177-180, 1987 1987 [68] T Jayakumar, P Aloysius Thomas, and P Geraldine, "Protective effect of an extract of the oyster mushroom, Pleurotus ostreatus, on antioxidants of major organs of aged rats," Experimental Gerontology, vol 42, no 3, pp 183-191, 2007/03/01/ 2007 75 PHỤ LỤC Sản phẩm đề tài a Dạng I: Mẫu Mức chất lượng đăng ký Mức chất lượng đạt - kg cao hương thảo - kg cao hương thảo - Độ ẩm - Hàm lượng polyphenol 100 mg/g cao 150.31 mg/g cao - kg bột sấy phun hương - kg bột sấy phun hương thảo thảo Bột sấy phun - Độ ẩm 50 mg/g bột 57.33 mg/g bột STT Tên sản phẩm Cao chiết hương thảo Cao chiết hương thảo Bột hương thảo sấy phun b Dạng II: Quy trình cơng nghệ Quy trình chiết xuất hương thảo: Lá hương thảo tươi Sấy khô 45-50 oC Độ ẩm ≤12% Tách bỏ cọng, thân Xay nhỏ Kích thước 1-2 mm Cồn 70 o Chiết − − − − Tỉ lệ rắn:lỏng 1:8 g/mL 60 oC 45 phút Chiết lần Bã hương thảo Lọc Dịch chiết Cô đặc chân không Cao -720 ÷ -740 mmHg 50 oC Độ ẩm < 30% Chuẩn bị nguyên liệu: Lá hương thảo tươi thu hái từ huyện Lâm Hà, tỉnh Lâm Đồng, Việt Nam Lá sấy khô 45-50oC máy sấy đối lưu cưỡng đạt độ ẩm tốt là thấp 12 (% w/w) Sau đó, lá khơ nghiền nhỏ đến kích thước 1-2 mm Ngay sau chuẩn bị xong, tất lá khô nghiền cho vào túi zip có gói silica gel hút ẩm để bảo quản, túi zip để nơi thoáng mát, nhiệt độ phòng tránh gây ẩm để đảm bảo điều kiện ổn định nguyên liệu Chiết xuất: Quá trình chiết polyphenol từ bột lá hương thảo khô thực hiện hệ thống ngấm kiệt (percolator) pilot 150 lít Hệ thống gia nhiệt vỏ áo thông qua dầu tải nhiệt, dịch chiết đảo trộn hệ thống phun tưới từ đáy thiết bị lên đỉnh thiết bị nhằm tăng cường hiệu q trình truyền khối Sau đó, dịch chiết lọc Phần rắn sau lọc chiết tương tự lần thứ hai Điều kiện chiết xuất: 10kg bột lá hương thảo khô, độ cồn 70°, nhiệt độ chiết 60 °C, nghiền 20 giây, tỉ lệ rắn - lỏng 1:8 g/mL, thời gian chiết 45 phút số lần chiết lần Dịch chiết hai lần chiết cô đặc chân không (ở 50 oC, áp suất -720 đến -740 mmHg) đến thu cao đặc (độ ẩm