Luận án tiến sĩ trích ly các hợp chất có hoạt tính sinh học từ vỏ mảng cầu ta ( annona squamosa l ) và ứng dụng trong thực phẩm

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC NÔNG LÂM TP HỒ CHÍ MINH NGUYỄN THỊ TRANG TRÍCH LY CÁC HỢP CHẤT CĨ HOẠT TÍNH SINH HỌC TỪ VỎ MÃNG CẦU TA (ANNONA SQUAMOSA L.) VÀ ỨNG DỤNG TRONG THỰC PHẨM Chuyên ngành: Công nghệ thực phẩm Mã số: 9.54.01.01 LUẬN ÁN TIẾN SĨ NGÀNH CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM TP.HCM - Năm 2023 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC NƠNG LÂM TP HỒ CHÍ MINH NGUYỄN THỊ TRANG TRÍCH LY CÁC HỢP CHẤT CĨ HOẠT TÍNH SINH HỌC TỪ VỎ MÃNG CẦU TA (ANNONA SQUAMOSA L.) VÀ ỨNG DỤNG TRONG THỰC PHẨM Chuyên ngành: Công nghệ thực phẩm Mã số: 9.54.01.01 LUẬN ÁN TIẾN SĨ NGÀNH CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM Cán hướng dẫn: PGS.TS PHAN TẠI HUÂN TP.HCM- Năm 2023 i LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan kết đề tài: “Trích ly hợp chất có hoạt tính sinh học từ vỏ mãng cầu ta (Annona Squamosa L.) ứng dụng thực phẩm” cơng trình nghiên cứu cá nhân hướng dẫn PGS.TS Phan Tại Huân Các số liệu, kết nêu luận án trung thực, không chép từ nguồn chưa công bố cơng trình khác thời điểm Tp Hồ Chí Minh, ngày 26 tháng 02 năm 2023 Tác giả luận văn Nguyễn Thị Trang ii LỜI CẢM ƠN Trong q trình thực đề tài “Trích ly hợp chất có hoạt tính sinh học từ vỏ mãng cầu ta (Annona Squamosa L.) ứng dụng thực phẩm” Tôi nhận nhiều giúp đỡ tạo điều kiện tập thể lãnh đạo, nhà khoa học, cán bộ, giảng viên, chuyên viên Khoa Cơng nghệ Hóa học Thực phẩm - Trường Đại học Nông Lâm TP.HCM; tập thể Ban Giám hiệu, Ban chủ nhiệm Viện Công nghệ sinh học Thực phẩm -Trường Đại học Công nghiệp TP.HCM; tập thể Ban Giám hiệu, Phòng Sau Đại học, cán phòng, ban chức Trường Đại học Nông Lâm TP.HCM Tôi xin bày tỏ lòng cảm ơn chân thành giúp đỡ Tơi xin bày tỏ lịng biết ơn sâu sắc tới Thầy Phan Tại Huân trực tiếp hướng dẫn, góp ý, hỗ trợ tơi hồn thành luận án Tôi xin chân thành cảm ơn Quý đồng nghiệp, sinh viên đại học ngành Công nghệ Thực phẩm, ngành đảm bảo chất lượng khóa Trường Đại học Cơng nghiệp TP.HCM gia đình động viên, khích lệ, tạo điều kiện giúp đỡ tơi suốt q trình thực hồn thành luận án Cuối cùng, Tơi xin gửi lời biết ơn đến gia đình ln đồng hành, động viên, khích lệ, ủng hộ tài thời gian suốt chặng đường khó khăn để hồn thành luận án nghiên cứu Đặc biệt, Tơi xin tặng ba mẹ thành mà đạt Nghiên cứu sinh Nguyễn Thị Trang iii TÓM TẮT Tên luận án: “Trích ly hợp chất có hoạt tính sinh học từ vỏ mãng cầu ta (Annona Squamosa L.) ứng dụng thực phẩm” Tác giả: Nguyễn Thị Trang Chuyên ngành: Công nghệ thực phẩm Mã số: 9.54.01.01 Nghiên cứu thực với mục tiêu xác định phương pháp trích ly tối ưu để thu nhận dịch chiết có hàm lượng polyphenol hoạt tính kháng oxy hóa cao từ vỏ mãng cầu ta (Annona Squamosa L.) Đồng thời, định danh hợp chất có hoạt tính sinh học sinh học, đánh giá khả kháng khuẩn, tính an tồn dịch chiết ứng dụng dịch chiết bảo quản tôm thẻ chân trắng điều kiện lạnh Bên cạnh đó, xác định nồng độ chất mang phù hợp để sấy phun dịch chiết vỏ mãng cầu ta, xác định tiêu hóa lý, đánh giá khả kháng khuẩn xây dựng mơ hình dự đốn shelf – life dịch chiết bột sấy phun Kết nghiên cứu cho thấy, vỏ mãng cầu sấy nhiệt độ khoảng 600C thu bột vỏ mãng cầu có hàm ẩm khoảng 12%, có hàm lượng polyphenol hoạt tính sinh học cao so với chế độ sấy khác Trích ly polyphenol từ vỏ mãng cầu ta có hỗ trợ vi sóng với nồng độ ethanol 60%, tỷ lệ nguyên liệu/dung môi 1/25 (g/mL), thời gian phút, công suất 214 W thu dịch chiết có hàm lượng TPC 100,15 mg GAE/g CK, hoạt tính kháng oxy hóa 673,0 mol TE/g CK (DPPH) 1409,6 mol TE/g CK (ABTS) cao so với phương pháp khác Dịch chiết, bột sấy phun vỏ mãng cầu ta có nhiều hợp chất có hoạt tính sinh học tanin, saponin, steroid, terpenoid, coumarin v.v có khả kháng lại vi khuẩn Staphylococus aureus (ATCC 29213), Bacillus cereus (ATCC 10876), Escherichia coli (ATCC 25922), Salmonella typhimurium (ATCC 14028), Shigella spp Lysteria spp Tôm thẻ chân trắng nhúng vào dung dịch chitosan 1,5% có bổ sung dịch chiết mãng cầu với hàm lượng polyphenol 300 mg GAE/l, bảo quản 40C sau 12 ngày sản phẩm có độ giảm khối lượng tôm nhỏ nhất, số PV 4,93 meq/kg, iv số TBARs 1,73 mg MDA/kg, tổng hàm lượng nitơ bay TVB-N đạt 28,39 mg N/100g, mẫu giữ màu sắc cấu trúc tốt so với mẫu lại Nghiên cứu cho thấy, sấy phun dịch chiết vỏ mãng cầu với gum arabic 10%, bột sấy phun có hàm lượng polyphenol cao so với nồng độ khác, có độ ẩm 4,73%, độ hòa tan từ 87,25%, độ hút ẩm 34,57 g/100g, tỷ trọng 371,81 g/L Nghiên cứu sử dụng hệ số Q10 để khảo sát suy giảm TPC TEAC dịch chiết, bột sấy phun vỏ mãng cầu ta với chất mang gum arabic 10% Ở nhiệt độ 300C, thời hạn bảo quản dịch chiết có TPC TEAC lại 85% so với ban đầu 30,79 ngày; 15,54 ngày theo DPPH 14,4 ngày theo ABTS; thời gian bảo quản GA 10% có TPC, TEAC cịn 85% 13,17 ngày; 18,27 ngày (DPPH) 24,73 ngày (ABTS) ngày Sự suy giảm TPC TEAC theo DPPH ABTS phù hợp với mơ hình bậc với hệ số tương quan (R2) lớn 0,95 Nghiên cứu xác định dịch chiết vỏ mãng cầu ta không tạo tác dụng phụ hành vi bệnh lý tổng quát chuột nghiên cứu độc tính mãn độc tính cấp (LD50 7000 mg/kg) có khả phòng viêm khớp dạng thấp HƯỚNG DẪN KHOA HỌC NGHIÊN CỨU SINH PGS.TS Phan Tại Huân Nguyễn Thị Trang v ABSTRACT Extraction of bioactive compounds from custard apple (Annona Squamosa L.) peel and its application in food Ph.D candidate: Nguyen Thi Trang Major: Food Technology Major code: 9.54.01.01 The study aimed to optimize the extraction of the custard apple, Annona Squamosa L (AS), peel to obtain extracts with high polyphenol content and antioxidant activity With that, phytochemical screening of the extract was performed Antibacterial activities and the acute and chronic toxicity of the extract were also determined Custard apple peel extract was tested as a natural additive for the preservation of Pacific white shrimps (Litopenaeus vannamei) during cold storage Besides, the spray-dried encapsulation of AS peel extract was conducted at different concentrations of carrier agents The physical properties, antioxidant, and antibacterial properties of the spray-dried product were evaluated Then, modeling was used to predict the shelf-life of the extracts and encapsulated powders The study results showed that the extraction pretreatment of AS peels with hot-air drying at 60°C for hours led to a moisture content of ≤ 12% and the best total polyphenol content (TPC) and biological activities Microwave-assisted extraction (MAE) can be successfully used to extract polyphenols from the AS peel The optimum condition was found at an ethanol concentration of 60%, extraction time of min, a solvent-solid ratio of 25 mL/g, and microwave power of 214 W Under these conditions, the extract of custard apple peel achieved a TPC of 100.15 mg GAE/g d.w, an antioxidant activity of 673.0 µmol TE/g in the DPPH assay, and 1409.6 µmol TE/g in the ABTS assay The bioactive compounds in the AS peel extracts and powder products showed the presence of tannins, saponins, steroids, terpenoids, and coumarins Antimicrobial activity of the AS peel extract was proven against six bacterial strains possibly causing food poisoning diseases, including Staphylococcus aureus (ATCC 29213), vi Bacillus cereus (ATCC 10876), Escherichia coli (ATCC 25922), Salmonella typhimurium (ATCC 14028), Shigella spp and Listeria spp Shrimps treated with a 1,5% chitosan-AS extract coating solution had lower increases in weight loss, pH, PV (4.93 meq/kg), TBARs (1.73 mg MDA/kg), TVB-N (28.39 mg N/100g), and improved color and texture properties, compared with the control samples during 12 days of cold storage (4°C) The best quality was obtained from shrimps coated with chitosan-incorporated AS extract at a concentration of 300 mg GAE/L A concentration of 10% gum arabic (GA) was considered proper to obtain the AS peel extract encapsulation with the highest TPC The spray-dried powder was obtained at a very low moisture content of 4.73%, water solubility index of 87.25 %, hygroscopicity of 34.57 g/100 g, and bulk density of 371.81 g/L The shelf life of the product was assessed by using the Q10 value It showed that the TPC and TEAC degradation rates of the AS peel extract are greater than those obtained with the spray-dried powder The TPC and TEAC retentions of 85% of the AS peel extracts were 30.79 days, 15.54 days (according to DPPH assay), and 14.4 days (according to ABTS assay), respectively While those obtained with the 10% GA spray-dried powder were 13.17 days, 18.27 days (DPPH assay), and 24.73 days (ABTS assay), respectively The degradations of TPC and TEAC according to the DPPH and ABTS assays were correlated well with the developed second-order models by a correlation coefficient (R2) greater than 0.95 The study also showed that AS peel extract demonstrated no adverse effects on the general behavior and pathology determinations of mice in chronic and acute toxicity testing (LD50 7000 mg/kg), and proved potential prevention and treatment of rheumatoid arthritis vii MỤC LỤC CHƯƠNG TỔNG QUAN 1.1 Tổng quan polyphenol 1.1.1 Phân loại polyphenol 1.1.2 Hoạt tính sinh học polyphenol 1.2 Tổng quan mãng cầu ta 1.2.1 Nguồn gốc 1.2.2 Đặc điểm 1.2.3 Hoạt tính sinh học mãng cầu .6 1.2.4 Một số nghiên cứu mãng cầu ta nước 1.3 Tổng quan trích ly 1.3.1 Ngun lý q trình trích lytrích ly 1.3.2 Các yếu tố ảnh hưởng đến trình trích ly .8 1.3.3 Các phương pháp trích ly 1.4 Kỹ thuật sấy phun tạo sản phẩm bột hòa tan 13 1.5 Nghiên cứu độc tính kháng viêm nguyên liệu thực vật 14 1.6 Ứng dụng dịch chiết bảo quản thủy hải sản 15 CHƯƠNG 18 VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 18 2.1 Nguyên liệu hóa chất sử dụng nghiên cứu 18 2.1.1 Nguyên liệu 18 2.1.2 Hóa chất thiết bị 19 2.2 Phương pháp bố trí thí nghiệm 20 viii 2.2.1 Khảo sát ảnh hưởng nhiệt độ sấy đến hàm lượng polyphenol hoạt tính kháng oxy hóa 22 2.2.2 Trích ly vỏ mãng cầu ta có hỗ trợ enzyme (pectinase, cellulase, hỗn hợp pectinase/ cellulase) với dung môi nước 22 2.2.3 Trích ly vỏ mãng cầu ta phương pháp khuấy từ .23 2.2.4 Trích ly hợp chất có hoạt tính sinh học có hỗ trợ vi sóng 24 2.2.5 Sấy phun dịch chiết vỏ mãng cầu, xác định tính chất hóa lý bột sấy phun 26 2.2.6 Xây dựng mơ hình dự đốn thời hạn (shelf-life) bảo quản dịch chiết, bột sấy phun 26 2.2.7 Khảo sát hoạt tính kháng khuẩn nồng độ ức chế tối thiểu dịch chiết bột sấy phun dịch chiết vỏ mãng cầu ta .27 2.2.8 Đánh giá tính an tồn dịch chiết vỏ mãng cầu 29 2.2.9 Ứng dụng dịch chiết mãng cầu điều trị viêm khớp dạng thấp chuột 30 2.2.10 Ứng dụng dịch chiết bảo quản tôm thẻ chân trắng điều kiện lạnh 31 2.3 Các phương pháp phân tích 32 2.3.1 Xác định phenolic tổng theo phương pháp Folin- Ciocalteu 32 2.3.2 Xác định hoạt tính chống oxy hóa polyphenol theo phương pháp DPPH 33 2.3.3 Xác định hoạt tính chống oxy hóa polyphenol theo phương pháp ABTS 33 2.3.4 Định tính số hợp chất có hoạt tính sinh học 33 2.3.5 Xác định thời hạn bảo quản (Shelf - life) cao chiết, bột sấy phun vỏ mãng cầu 34 2.3.6 Xác định số tiêu hóa lý tơm thẻ chân trắng 35 2.3.7 Xác định số tính chất hóa lý bột sấy phun từ vỏ mãng cầu ta 37 2.3.8 Các thơng số đánh giá tính an toàn dịch chiết vỏ mãng cầu ta .38 154 Bảng 2.4 Ảnh hưởng nhiệt độ đến hàm lượng polyphenol hoạt tính kháng oxy hóa Nhiệt độ Hàm lượng TPC (oC) (mg GAE/g CK) Hoạt tính kháng oxy hóa (mol TE/g CK) DPPH ABTS 40 85,80  1,41a 479,51  11,42a 814,17 12,47a 50 90,19  1,54b 479,85  9,41a 899,94 12,89b 60 95,47  2,19c 527,82  14,40b 1080,91 24,53c 70 93,66  2,93bc 509,63  4,83b 970,65  13,09d Các giá trị cột có ký tự in thường khác khác biệt có ý nghĩa thống kê p