Nội dung đề tài: - Khảo sát các thông số ảnh hưởng đến quá trình tạo thành hệ nano lycopene: hàm lượng chất nhũ hoá, thành phần pha dầu lycopene: dầu nành - Khảo sát các thông số quá trì
VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
Vật liệu thí nghiệm
Thời gian thực hiện: Từ ngày 05/10/2020 đến 05/06/2021
Thí nghiệm được tiến hành tại phòng thí nghiệm Công nghệ thực phẩm khoa Công nghệ sinh học, trường Đại học Mở Thành phố Hồ Chí Minh – cơ sở 3 Bình Dương
Dịch trích lycopene được trích ly từ quả cà chua tại phòng thí nghiệm Thực phẩm trường Đại học Mở thành phố Hồ Chí Minh, cơ sở 3 Bình Dương
Cà chua giống Aka F1 được mua tại Chợ Nông sản Thủ Đức, thành phố Hồ Chí Minh
Dầu đậu nành Mesly được mua tại cửa hàng Bách Hóa Xanh, thành phố Hồ Chí Minh
Sữa tươi tiệt trùng Dutch Lady mua tại cửa hàng Bách Hóa Xanh, thành phố
Men đông khô Probiotic Yogourmet bao gồm 5 chủng lợi khuẩn L Casei, B
Longum, L Bulgaricus, S Thermophilus, L Acidophilus mua tại thành phố Hồ Chí
Minh Đường saccharose mua tại cửa hàng Bách Hóa Xanh, thành phố Hồ Chí Minh Nước cất
2.1.3 Thiết bị và dụng cụ
• Hệ thống tách chiết Soxhlet
• Máy đo độ quang phổ hấp thụ
• Một số dụng cụ cần thiết khác trong phòng thí nghiệm
Tween 80 (Poly Sorbate 80) được mua từ nhà cung cấp công ty Bio basic, Canada Dung dịch có màu vàng óng, trong suốt, không mùi, dạng sệt và không tan trong nước
Hexane được mua từ nhà cung cấp công ty cổ phần công nghệ TBR, quận Bình Tân, thành phố Hồ Chí Minh Dung dịch trong suốt không màu, không tan trong nước
Hóa chất chuẩn độ acid: dung dịch NaOH 0,1N và chỉ thị màu phenolphtalein
Quy trình trích ly lycopene
Cà chua được mua tại chợ Nông sản Thủ Đức và được lựa chọn bởi các chỉ tiêu sau:
- Hình dạng bên ngoài phải tròn đều
- Trạng thái: không thối hỏng, không dập nát, bề mặt chắc và nhẵn phẳng cũng như là phải chín đỏ đều
- Tính chất hóa, lý: hàm lượng chất khô hòa tan ở khoảng 4 % Brix, độ ẩm khoảng 95 %
Hình 2.1 Cà chua được mua ở chợ Nông sản Thủ Đức
2.2.2 Quy trình trích ly lycopene
Hình 2.2 Sơ đồ quy trình trích ly hợp chất lycopene từ cà chua
Dung môi hexane Đuổi dung môi
Cà chua được mua về sau đó rửa sạch loại bỏ bụi bẩn, đất cát và cắt gọt những phần hư hỏng cũng như cắt mỏng để quá trình sấy được diễn ra thuận lợi Cà chua được sấy ở nhiệt độ 80 0 C trong vòng 3 giờ để đạt được hàm ẩm khoảng 11 % sau đó được xay nhỏ để tăng hiệu suất trích ly Lấy 20 g cà chua đã sấy cho vào erlen sau đó bổ sung dung môi hexane theo tỉ lệ 1:15 Sau khoảng 2 giờ tiến hành thu mẫu và thu dung môi tinh khiết bằng cách sử dụng bộ tách chiết Soxhlet Sau khi tách chiết thu dung môi, dịch trích còn lại khoảng 20 – 30 ml thì tắt bếp và cho vào một becher, tiến hành đuổi dung môi bằng cách đun cách thủy Hợp chất lycopene thu được là dạng cao ở đáy becher, có màu đỏ cam đậm với nồng độ là 1,262 mg/ 100mL
Hình 2.3 Hợp chất lycopene ở dạng cao
Hệ nhũ tương nano lycopene
2.3.1 Quy trình tạo hệ nhũ tương nano lycopene
Hình 2.4 Sơ đồ quy trình dự kiến tạo hệ nhũ tương nano lycopene bằng phương pháp điểm đảo ngược nhũ tương (EIP)
Tween 80 Dầu đậu nành Khuấy trộn
Hệ nhũ tương nano lycopene
Tổng thể tích hệ nhũ tương nano là 10 ml Đầu tiên, hỗn hợp dầu và lycopene được trộn đều trong 10 phút để tan lycopene vào dầu Sau đó, Tween 80 được thêm từ từ vào hỗn hợp dầu - lycopene và khuấy đều trong 15 phút ở tốc độ 1000 vòng/phút Tiếp theo, nước cất được nhỏ giọt từ từ vào hỗn hợp trên trong thời gian thích hợp.
5 ml/phút, nước cất được bổ sung đủ 100 % thể tích mẫu Sau khi nước trong buret chảy hết xuống becher chứa mẫu thì tiếp tục giữ mẫu trên bếp khuấy từ để khuấy ổn định ở 800 vòng/phút trong khoảng 15 phút sau đó thì tắt bếp Kết thúc quy trình, hệ nhũ tương nano lycopene được tạo thành và để ổn định ở nhiệt độ phòng trong 24 giờ sau đó tiến hành đánh giá tính chất mẫu
2.4 Sữa chua truyền thống bổ sung nano lycopene
2.4.1 Quy trình hoạt hóa men đông khô
Hình 2.5 Sơ đồ quy trình hoạt hóa men đông khô
Để kích hoạt men sữa chua, sữa tươi cần được chuẩn bị với độ pH là 6,71 và hàm lượng chất khô từ 15 – 16% Để đảm bảo chất lượng và vệ sinh, sữa tươi được thanh trùng ở nhiệt độ 95 độ C trong vòng 5 phút Quá trình này giúp tiêu diệt vi khuẩn và enzyme có hại, ngăn ngừa tạp nhiễm Sau đó, sữa tươi được làm nguội đến nhiệt độ vừa đủ để tạo môi trường lý tưởng cho lợi khuẩn phát triển.
40 0 C và tiến hành bổ sung men đông khô Hàm lượng men được bổ sung vào môi trường sữa là 5 g/ 1 L sữa theo hướng dẫn của nhà sản xuất Sau đó men được lên men trong tủ ấm ở nhiệt độ khoảng 42 0 C trong vòng 9 – 12 giờ Men sau khi được hoạt hóa có pH là 4,52, độ acid là 75 0 T và được bảo quản ở nhiệt độ 2 – 5 0 C
Bổ sung men đông khô
2.4.2 Quy trình chế biến sản phẩm sữa chua truyền thống bổ sung nanolycopene
Hình 2.6 Quy trình dự kiến chế biến sản phầm sữa chua truyền thống bổ sung nanolycopene
Hiệu chỉnh hàm lượng chất khô Thanh trùng
Sữa chua bổ sung nanolycopene Bảo quản lạnh
• Hiệu chỉnh hàm lượng chất khô
⮚ Mục đích Để tạo ra được sản phẩm có chất lượng cảm quan tốt cũng như quá trình lên men được diễn ra nhanh chóng và thuận lợi thì việc hiệu chỉnh hàm lượng chất khô của nguyên liệu sữa rất quan trọng
Tiến hành hiệu chỉnh hàm lượng chất khô trong nguyên liệu sữa bằng cách bổ sung 2 g đường saccharose cho 60 ml sữa, hàm lượng chất khô sau khi bổ sung đường là 20 0 Bx
Tiêu diệt hệ vi sinh vật và ức chế các enzyme có trong sữa hoặc bị nhiễm từ môi trường bên ngoài ở quá trình trước Bên cạnh đó, quá trình này còn làm biến tính một phần protein giúp quá trình lên men hình thành khối đông với cấu trúc ổn định hơn
⮚ Cách thực hiện Đun nguyên liệu sữa tươi trên bếp ở nhiệt độ 95 0 C trong vòng 5 phút
⮚ Mục đích Đưa nguyên liệu sau quá trình thanh trùng về nhiệt độ ấm để giống vi sinh vật không bị ảnh hưởng bởi nhiệt độ cao trong quá trình bổ sung
Nguyên liệu sau khi được thanh trùng tiến hành để nguội đến nhiệt độ khoảng
Hệ nhũ nano lycopene sở hữu màu sắc hấp dẫn và khả năng chống oxy hóa vượt trội Khi kết hợp hệ nhũ này vào sữa chua truyền thống, chúng ta tạo ra một sản phẩm mới độc đáo, đồng thời tăng cường các đặc tính có lợi của lycopene, góp phần nâng cao giá trị dinh dưỡng của sữa chua.
Hệ nhũ nano lycopene được bổ sung với một hàm lượng thích hợp để giúp cho sản phẩm sữa chua có chất lượng cảm quan cao
Hàm lượng giống phù hợp được bổ sung vào nguyên liệu để chuẩn bị cho quá trình lên men
Giống sau khi hoạt hóa ở môi trường sữa sẽ được dùng cho việc lên men sữa thành phẩm Nguyên liệu sữa được bổ sung hàm lượng giống vi sinh vật phù hợp và tiến hành quá trình tiếp theo
Giống vi khuẩn lactic được bổ sung giúp cho sữa tươi ở dạng lỏng chuyển sang hệ gel với nhiều chất dinh dưỡng cũng như hương vi mới nhờ vào acid lacid và các sản phẩm phụ khác được sinh ra trong quá trình lên men
Tiến hành bật tủ ấm ở nhiệt độ khoảng 42 0 C và ủ mẫu Sau khoảng 5 tiếng, nguyên liệu sữa ban đầu sẽ đông tụ lại thành dạng gel Khi mẫu đạt được điểm cảm quan mong muốn thì lấy mẫu ra khỏi tủ ấm để nguội và bảo quản lạnh ở nhiệt độ 2 –
Các thí nghiệm
2.5.1 Thí nghiệm 1: Khảo sát ảnh hưởng của hàm lượng chất nhũ hóa đến hệ nhũ tương nano
Xác định được hàm lượng chất nhũ hóa Tween 80 tối ưu cho quá trình tạo hệ nhũ tương nano giúp hiệu quả phân tán tốt, hệ được ổn định cũng như kích thước hạt được đồng nhất hơn từ đó tăng tính ứng dụng cho sản phẩm hệ nhũ tương nano lycopene
Thí nghiệm được bố trí theo kiểu hoàn toàn ngẫu nhiên với một yếu tố và ba lần lặp lại Yếu tố là hàm lượng chất nhũ hóa, ký hiệu A và được đánh số từ A1 đến A5
Bảng 2.1 Bố trí thí nghiệm khảo sát ảnh hưởng của hàm lượng chất nhũ hóa đến hệ nhũ tương nano
Sau khi thu được dịch trích lycopene, tiến hành thí nghiệm với tổng thể tích mẫu là 10 ml Dịch trích lycopene và dầu đậu nành được khuấy trộn tạo thành hỗn
Nghiệm thức Hàm lượng chất nhũ hóa
38 hợp sau đó thêm chất nhũ hóa Tween 80 với các hàm lượng 0,5 %; 1,0 %; 1,5 %; 2,0
% và 2,5 %, cuối cùng là chuẩn độ nước đủ 100 % Thí nghiệm được thực hiện bằng máy khuấy từ với tốc độ 1000 vòng/phút Mẫu sau khi kết thúc thí nghiệm được bảo quản ở nhiệt độ phòng
- Hàm lượng pha dầu là 2 % trong đó tỉ lệ lycopene và dầu đậu nành là 1:1
Sau mỗi thí nghiệm, tiến hành đo độ nhớt và độ quang phổ hấp thụ ở bước sóng 600 nm Kết quả sản phẩm được lựa chọn dựa trên tiêu chí cảm quan màu sắc của hệ nhũ tương nano thu được Ngoài ra kích thước hạt nhỏ và ưu tiên nghiệm thức có thể tích Tween 80 thấp hơn nhằm tăng hiệu suất kinh tế
2.5.2 Thí nghiệm 2: Khảo sát ảnh hưởng của tỉ lệ lycopene và dầu đậu nành trong pha dầu đến hệ nhũ tương nano lycopene
Việc xác định tỷ lệ lycopene và dầu tối ưu đóng vai trò quan trọng trong quá trình tạo hệ nhũ tương nano Tỷ lệ này ảnh hưởng đến hiệu quả phân tán, độ ổn định của hệ và kích thước hạt đồng nhất, từ đó nâng cao tính ứng dụng của sản phẩm hệ nhũ tương nano lycopene.
Thí nghiệm được bố trí theo kiểu hoàn toàn ngẫu nhiên với một yếu tố và ba lần lặp lại Yếu tố là tỉ lệ lycopene và dầu đậu nành, ký hiệu B và được đánh số từ B1 đến B5
Bảng 2.2 Bố trí thí nghiệm khảo sát ảnh hưởng tỉ lệ của lycopene và dầu đậu nành trong pha dầu đến hệ nhũ tương nano lycopene
Sau khi thu được dịch trích lycopene, tiến hành thí nghiệm với tổng thể tích mẫu là 10 ml Dịch trích lycopene được hòa tan trong dầu với các tỉ lệ bao gồm 1:9, 3:7, 5:5, 7:3 và 9:1 sau đó là thêm chất nhũ hóa Tween 80 và bổ sung nước cất đủ
100 % bằng cách chuẩn độ buret Thí nghiệm được thực hiện bằng máy khuấy từ với tốc độ 1000 vòng/phút Mẫu sau khi kết thúc thí nghiệm được bảo quản ở nhiệt độ phòng
- Kết quả tối ưu ở thí nghiệm 1
Sau khi kết thúc thí nghiệm, tiến hành đo độ nhớt và độ quang phổ hấp thụ ở bước sóng 600 nm Kết quả sản phẩm được lựa chọn dựa trên tiêu chí cảm quan màu sắc của hệ nhũ tương nano thu được
2.5.3 Thí nghiệm 3: Khảo sát ảnh hưởng của hàm lượng pha dầu đến hệ nhũ tương nano lycopene
Nghiệm thức Tỉ lệ lycopene : dầu đậu nành
Xác định được hàm lượng pha dầu tối ưu cho quá trình tạo hệ nhũ tương nano giúp hiệu quả phân tán tốt, hệ được ổn định cũng như kích thước hạt được đồng nhất hơn từ đó tăng tính ứng dụng cho sản phẩm hệ nhũ tương nano lycopene
Thí nghiệm được bố trí theo kiểu hoàn toàn ngẫu nhiên với một yếu tố và ba lần lặp lại Yếu tố là hàm lượng pha dầu, ký hiệu C và được đánh số từ C1 đến C4
Bảng 2.3 Bố trí thí nghiệm khảo sát ảnh hưởng của hàm lượng pha dầu đến hệ nhũ tương nano lycopene
Sau khi thu được dịch trích lycopene, tiến hành thí nghiệm với tổng thể tích mẫu là 10 ml Dịch trích lycopene và dầu đậu nành được khuấy trộn tạo thành hỗn hợp sau đó thêm chất nhũ hóa Tween 80 tạo thành pha dầu Tiếp đến là thay đổi hàm lượng pha dầu trong hệ bao gồm 1 %, 2 %, 3 % và 4 %, cuối cùng là chuẩn độ nước đủ 100 % Thí nghiệm được thực hiện bằng máy khuấy từ với tốc độ 1000 vòng/phút Mẫu sau khi kết thúc thí nghiệm được bảo quản ở nhiệt độ phòng
- Kết quả tối ưu ở thí nghiệm 1 và thí nghiệm 2
Nghiệm thức Hàm lượng pha dầu
Sau khi kết thúc thí nghiệm, tiến hành đo độ nhớt và độ quang phổ hấp thụ ở bước sóng 600 nm Kết quả sản phẩm được lựa chọn dựa trên tiêu chí cảm quan màu sắc của hệ nhũ tương nano thu được
2.5.4 Thí nghiệm 4: Khảo sát điểm dừng của giá trị pH ảnh hưởng đến quá trình lên men và chất lượng sản phẩm
Xác định được điểm dừng của giá trị pH tối ưu giúp sản phẩm có chất lượng tốt về mặt cảm quan cũng như tiết kiệm chi phí trong quá trình sản xuất sản phẩm
Các thí nghiệm khảo sát tạo thành hệ nhũ tương nano lycopene
3.1.1 Thí nghiệm 1: Khảo sát ảnh hưởng của hàm lượng chất nhũ hóa đến hệ nhũ tương nano lycopene
Bảng 3.1 Bảng kết quả khảo sát ảnh hưởng của hàm lượng chất nhũ hóa đến hệ nhũ tương nano lycopene
Tween 80 (%) Độ nhớt (mm 2 /s) Độ hấp phụ quang phổ ở bước sóng
Cảm quan trạng thái của sản phẩm
Màu cam nhạt, có hiện tượng tách pha, lycopene chưa được hòa tan hết với dầu
Màu cam, không đều màu, vẫn còn hiện tượng tách pha
Màu đỏ cam nhạt, đều màu, vẫn còn một ít bị tách pha
Màu đỏ cam, không còn tách pha, màu đều và đẹp mắt
2,5 (A5) 4,22 a 0,12 d Màu đỏ cam đậm, không tách pha
(*)Trong cùng một cột, các số có cũng mẫu tự không có sự khác biệt ở mức ý nghĩa 0,05 qua phép thử Duncan
• Nhận xét và kết luận:
Dựa vào kết quả được trình bày ở bảng 3.1 cho thấy:
48 Ở chỉ tiêu đánh giá độ nhớt, nghiệm thức A2 và nghiệm thức A3 không có sự khác biệt ở mức ý nghĩa 0,05 qua thống kê Nghiệm thức A1 có sự khác biệt đối với các nghiệm thức còn lại ở mức ý nghĩa 0,05 qua thống kê Nghiệm thức A5 (hàm lượng 2,5 %) có giá trị độ nhớt cao hơn so với các nghiệm thức còn lại Ở chỉ tiêu đo độ quang phổ hấp thụ: nghiệm thức A4 và nghiệm thức A5 không có sự khác biệt ở mức ý nghĩa 0,05 qua thống kê, nghiệm thức A1 có sự khác biệt đối với các nghiệm thức còn lại qua thống kê Nghiệm thức A4 (hàm lượng 2,0 %) và nghiệm thức A5 (hàm lượng 2,5 %) cho giá trị quang phổ hấp thụ thấp nhất so với các nghiệm thức còn lại
Ngoài ra, ở chỉ tiêu đánh giá màu sắc và trạng thái mẫu cho thấy ở nghiệm thức A1, A2, A3 có hàm lượng chất nhũ hóa lần lượt là 0,5 %, 1,0 %, và 1,5 % tuy giữ được màu sắc của lycopene nhưng do nguyên nhân là hàm lượng chất nhũ hóa không đủ hoặc chưa đáp ứng đủ thời gian khuấy trộn nên lycopene không được nhũ hóa hết dẫn đến hiện tượng tách pha và màu sắc trở nên không đều Ngược lại, ở nghiệm thức A4, A5 tương đương hàm lượng chất nhũ hóa là 2,0 % và 2,5 % kích thước hạt nhỏ và đồng nhất, không bị tách pha
Do mục đích trong quy trình tạo hệ nhũ tương nano lycopene chú trọng nhất là kích thước hạt nhỏ và đồng nhất Hàm lượng chất nhũ hóa 2,0 % và 2,5 % có giá trị
OD ở bước sóng 600 nm nhỏ nhất, điều đó tương đương với kích thước hạt nano nhỏ nhất và đồng nhất tốt Bên cạnh đó, để tiết kiệm nguyên vật liệu cũng như chi phí trong quá trình thực hiện đề tài nên hàm lượng 2,0 % được chọn
3.1.2 Thí nghiệm 2: Khảo sát ảnh hưởng của tỉ lệ lycopene và dầu đậu nành trong pha dầu đến hệ nhũ tương nano lycopene
Bảng 3.2 Bảng kết quả khảo sát ảnh hưởng của tỉ lệ lycopene và dầu đậu nành trong pha dầu đến hệ nhũ tương nano lycopene
Tỉ lệ lycopene và dầu đậu nành Độ nhớt (mm 2 /s) Độ hấp phụ quang phổ ở bước sóng
Cảm quan trạng thái của sản phẩm
Màu cam nhạt, hệ bị tách pha, màu sắc không đều
Màu cam, hệ bị tách pha, màu không đều
5 : 5 (B3) 6,42 d 0,86 b Màu đỏ cam nhạt, tách pha ít
Màu đỏ cam, không tách pha, hệ đều màu
Màu đỏ cam đậm, không tách pha, hệ không đều màu
(*)Trong cùng một cột, các số có cũng mẫu tự không có sự khác biệt ở mức ý nghĩa 0,05 qua phép thử Duncan
• Nhận xét và kết luận
Dựa vào kết quả được trình bày ở bảng 3.2 cho thấy Ở chỉ tiêu đánh giá độ nhớt, các nghiệm thức có sự khác biệt ở mức ý nghĩa 0,05 qua thống kê Nghiệm thức B2 (tỉ lệ 3:7) có giá trị cao nhất và nghiệm thức B4 (tỉ lệ 7:3) có giá trị thấp nhất so với các nghiệm thức trong thí nghiệm Ở chỉ tiêu đánh giá kích thước hạt bằng đo độ hấp phụ quang phổ, nghiệm thức B2 và B3 không có sự khác biệt ở mức 0,05 qua thống kê Nghiệm thức B1 có sự khác biệt với các nghiệm thức còn lại Nghiệm thức B1 (tỉ lệ 1:9) có giá trị cao nhất và nghiệm thức B5 (tỉ lệ 9:1) có giá trị thấp nhất so với các nghiệm thức còn lại
Ngoài ra, ở chỉ tiêu đánh giá màu sắc và trạng thái mẫu cho thấy, nghiệm thức B1, B2 và B3 tương đương với tỉ lệ 1:9, 3:7 và 5:5 tuy là giữ được màu sắc của lycopene nhưng có xảy ra hiện tượng tách pha, nguyên nhân có thể là do hàm lượng dầu đậu nành được bổ sung vào quá nhiều dẫn đến lycopene được nhũ hóa hết nhưng dầu vẫn còn dư và nổi lên bề mặt hệ nhũ Mặc dù tạo hệ nhũ có trạng thái đẹp và kích thước hạt nhỏ nhưng ở nghiệm thức B5 với tỉ lệ 9:1 màu sắc của hệ lại không đồng đều, nguyên nhân có thể là do lycopene được bổ sung với hàm lượng quá nhiều dẫn đến việc dầu đã nhũ hoá hết nhưng lycopene vẫn còn dư và nổi lên bề mặt hệ nhũ Nghiệm thức B4 với tỉ lệ 7:3, hệ được tạo thành có kích thước hạt khá nhỏ và đồng nhất, bên cạnh đó là cảm quan màu sắc đẹp
Do mục đích của quy trình là tạo hệ có cảm quan màu sắc tốt và kích thước hạt đồng đều, bên cạnh đó là tiết kiệm chi phí cũng như là nguyên vật liệu khi thực hiện đề tài nên tỉ lệ 7:3 được chọn
3.1.3 Thí nghiệm 3: Khảo sát ảnh hưởng của hàm lượng pha dầu đến hệ nhũ tương nano lycopene
Bảng 3.3 Bảng kết quả khảo sát ảnh hưởng của hàm lượng pha dầu đến hệ nhũ tương nano lycopene
(%) Độ nhớt (mm 2 /s) Độ hấp phụ quang phổ ở bước sóng
Cảm quan trạng thái của sản phẩm
Màu cam nhạt, màu sắc của hệ không đều
2 (C2) 4,01 c 0,35 c Màu đỏ cam, hệ có màu sắc đều
Màu đỏ cam đậm, có hiện tượng tách pha ít
Màu đỏ cam đậm, có hiện tượng tách pha
(*)Trong cùng một cột, các số có cũng mẫu tự không có sự khác biệt ở mức ý nghĩa 0,05 qua phép thử Duncan
• Nhận xét và kết luận
Các nghiệm thức khác nhau về độ nhớt có ý nghĩa ở mức p
