trích ly và thu nhận dịch chiết giàu polyphenol từ húng lũi mentha aquatica linn var crispa và thử nghiệm ứng dụng trong bảo quản thực phẩm

Trích ly polyphenol từ húng lũi Báo cáo này đưa ra các phương pháp trích ly polyphenol từ húng lũi như phương pháp trích ly bằng ngâm chiết, phương pháp trích ly bằng ngâm chiết có hỗ t

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC NÔNG LÂM THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

_ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _

LÊ VĂN NHẤT HOÀI

TRÍCH LY VÀ THU NHẬN DỊCH CHIẾT GIÀU

POLYPHENOL TỪ HÚNG LŨI (Mentha aquatica Linn var crispa) VÀ THỬ NGHIỆM ỨNG DỤNG

TRONG BẢO QUẢN THỰC PHẨM

LUẬN ÁN TIẾN SĨ NGÀNH CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của tôi dưới sự hướng dẫn của PGS.TS Lê Trung Thiên và PGS.TS Đàm Sao Mai

Các kết quả nghiên cứu trong luận án này hoàn toàn trung thực, không sao chép từ bất kỳ nguồn nào dưới bất kỳ hình thức nào

Tác giả luận án

Lê Văn Nhất Hoài

Xin gửi lời tri ân đến các thầy cô thuộc Khoa Công nghệ Hóa học và Thực phẩm – Trường Đại học Nông Lâm TP.HCM đã hỗ trợ và giảng dạy các kiến thức quý báu giúp tôi hoàn thành luận án này

Đặc biệt tôi xin tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến PGS.TS Lê Trung Thiên và PGS.TS Đàm Sao Mai, những người đã truyền thụ cho tôi kiến thức, tận tình chỉ bảo và hướng dẫn tôi giải quyết những khó khăn khi thực hiện luận án này

Xin gửi lời cảm ơn chân thành của tôi đến Ban giám hiệu trường Đại học Công nghiệp TP.HCM, Ban lãnh đạo Viện Công nghệ Sinh học - Thực phẩm, các đồng nghiệp, bạn bè

và người thân trong gia đình đã giúp đỡ, chia sẽ kinh nghiệm và động viên tôi trong suốt quá trình thực hiện luận án

Xin chân thành cảm ơn

Nghiên cứu sinh

Lê Văn Nhất Hoài

TÓM TẮT

Polyphenol là hợp chất có chứa một hay nhiều vòng thơm với một hoặc nhiều nhóm hydroxyl (-OH), chúng được tìm thấy ở tất cả các bộ phận của cây, là thành phần phổ biến trong nông sản Polyphenol được biết đến là nhóm chất có hoạt tính sinh học cao như khả năng kháng oxy hóa, chống vi sinh vật, kháng viêm… Việc tách chiết polyphenol từ thực vật đã được nghiên cứu nhiều trong thời gian gần đây, tuy nhiên việc thực hiện trích ly polyphenol từ Húng lũi và thử hoạt tính sinh học của dịch chiết thu được chưa được thực hiện

Húng lũi (Mentha aquatica Linn var crispa) được trồng nhiều ở Việt nam, tuy nhiên

có một số thời điểm chúng không được thu hoạch do vấn đề giá cả và tiêu thụ Các nghiên cứu về cây húng lũi ở Việt Nam chủ yếu tập trung vào tách chiết tinh dầu, polyphenol nếu được tách chiết tiếp theo sau quá trình tách chiết tinh dầu và ứng dụng chúng vào bảo quản thực phẩm một mặt sẽ nâng cao giá trị kinh tế của cây húng lũi, mặt khác có thể cung cấp thêm một giải pháp bảo quản thực phẩm tự nhiên và an toàn Trong nghiên cứu này chúng tôi thực hiện với 3 nội dung chính

Nội dung 1 Trích ly polyphenol từ húng lũi

Báo cáo này đưa ra các phương pháp trích ly polyphenol từ húng lũi như phương pháp trích ly bằng ngâm chiết, phương pháp trích ly bằng ngâm chiết có hỗ trợ siêu âm và phương pháp trích ly bằng ngâm chiết có hỗ trợ enzym và tối ưu hóa theo mô hình Box – Behnken nhằm thu được dịch chiết có tổng polyphenol thu được (TPC) và hoạt tính kháng oxy hóa (AA) của dịch chiết cao nhất Kết quả cho thấy dung môi acetone với nồng độ 50%, tỉ lệ 1:20, thời gian 2h và nhiệt độ 40oC cho hiệu quả trích ly tốt nhất

Nội dung 2 Sản xuất chế phẩm và đánh giá hoạt tính sinh học

Quá trình sản xuất cao chiết từ húng lũi được thực hiện bằng phương pháp ngâm chiết với các dung môi acetone với nồng độ 50%, tỉ lệ 1:20, thời gian 2h và nhiệt độ 40oC Xác định TPC, hoạt tính kháng oxy hóa theo DPPH, ABTS và FRAP, và khả năng

kháng khuẩn theo phương pháp MIC trên 4 chủng vi khuẩn E coli – ATCC 25922, S enteritidis – ATCC 13076, S aureus– ATCC 25923, và B subtilis – ATCC 25924 Kết

quả thu được TPC là 247.25±0,71mg GAE/g ck, khả năng kháng oxy hóa theo DPPH, ABTS và FRAP lần lượt là 419,59±0,52 µmol TE/g ck; 711,17±0,82 µmol TE/g ck và 1018,47±3,27 µmol Fe2+/g ck Quá trình phân lập và xác định cấu trúc các thành phần

trong cao chiết thu được kết quả là phân lập được 6 chất gồm triol; trans-p-menth-3-ene-1,2,8-triol; p-mentha-3,8-dien-1-ol; p-coumaric acid; gallic

cis-p-menth-3-ene-1,2,8-acid; methyl--D galactopyranoside

Trong nghiên cứu quá trình vi bao bằng kỹ thuật sấy phun đã khảo sát ảnh hưởng của nhiệt độ, loại chất mang và nồng độ chất mang đến hiệu suất thu hồi, TPC, AA và hoạt tính kháng khuẩn của chế phẩm vi bao polyphenol thu được bằng kỹ thuật sấy phun Kết quả cho thấy nhiệt độ sấy phun là 150oC, nồng độ chất mang là 15% cho hiệu quả

vi bao tốt nhất với cả chất mang gum arabic và malto-dextrin

Bên cạnh quá trình vi bao, dịch chiết cũng có thể ứng dụng để tổng hợp nano bạc Với nghiên cứu tổng hợp nano bạc, đã xác định được nồng độ AgNO3 tốt nhất để tạo nano

là 1 mM, thời gian khuấy là 24 giờ ở nhiệt độ phòng Hạt nano thu được có kích thước trung bình là 83,6 nm, phổ FTIR cho thấy các nhóm chất như rượu, phenol, ankyl halogenua và ankyn có thể đóng vai trò khử và ổn định cho nano bạc

Nội dung 3 Ứng dụng chế phẩm vào bảo quản thực phẩm

Ứng dụng cao chiết và sản phẩm sấy phun để bảo quản cá basa lạnh đông và lạnh thường, các chỉ số của cá basa được theo dõi bao gồm pH, PV, TBARS, APC Kết quả cho thấy các mẫu sử dụng cao chiết và sản phẩm sấy phun đều có hiệu quả cao hơn so với mẫu đối chứng âm

Các kết quả nghiên cứu cho thấy việc khai thác polyphenol từ húng lũi, tạo chế phẩm

và ứng dụng vào thực phẩm hoàn toàn khả thi, nó giúp cung cấp thêm một giải pháp bảo quản thực phẩm an toàn đồng thời nâng cao giá trị của cây húng lũi

ABSTRACT

Polyphenols are compounds containing one or more aromatic rings with one or more hydroxyl groups (-OH), they are found in all parts of plants, and are common ingredients in agricultural products Polyphenols are known compounds with high biological activities such as anti-oxidation, anti-microbial, anti-inflammatory properties Extraction of polyphenols from plants has been researched a lot recently,

however, Extraction of polyphenols from Mentha aqutica Linn var crispa and testing

biological activity of the extract has not been done

Mentha aquatica Linn var crispa is widely grown in Vietnam, but sometimes it is not harvested because of price and consumption issues In Vietnam, research on Mentha aquatica L mainly focuses on essential oil extraction, if polyphenols are extracted

next to the essential oil extraction process and applied to food preservation, it not only

increase the economic value of the Mentha aquatica L but also, it can provide a

solution to preserve food natural and safety

In this study we work with 3 main contents

1 Extraction of polyphenols from Mentha aqutica Linn var crispa

This study establishes methods for extracting polyphenols from Mentha aqutica L

such as maceration extraction, ultrasound-assisted maceration extraction and assisted maceration extraction method Optimized extraction according to the Box - Behnken model to obtain the extract with the highest total polyphenols (TPC) and antioxidant activity (AA) of the extract The results have shown that acetone at a concentration of 50%, at a ratio of 1:20 (w/v), extraction time of 2 h and a temperature

enzym-of 40 °C give the highest values enzym-of TPC and AA

2 Manufacturing of preparations and evaluation of biological activity

Manufacturing of extracts from Mentha aquatica L is carried out by maceration

extraction method with acetone at a concentration of 50%, at a ratio of 1:20 (w/v), extraction time of 2 h and a temperature of 40 °C Determination of TPC, antioxidant activity according to DPPH, ABTS and FRAP, and antibacterial ability according to

MIC method on 4 bacterial strains E coli – ATCC 25922, S enteritidis – ATCC

13076, S aureus – ATCC 25923 , and B subtilis – ATCC 25924 The results obtained

were TPC of 247.25±0.71mg GAE/g dw, AA according to DPPH, ABTS and FRAP respectively was 419.59±0.52 µmol TE/g dw; 711.17±0.82 µmol TE/g dw and 1018.47±3.27 µmol Fe2+/g dw The process of isolating and determining the structure

of the compounds in the extract has isolated 6 substances including: ene-1,2,8-triol; trans-p-menth-3-ene-1,2,8-triol; p-mentha-3,8-dien-1-ol; p-coumaric

cis-p-menth-3-acid; gallic cis-p-menth-3-acid; methyl--D galactopyranoside

In the study of microencapsulation using spray drying technique, we investigated effects of temperature, carrier type and carrier concentration on EY, TPC, AA and antibacterial activity of obtained product Results showed that spray drying at 150 °C and 15 % GA or MD concentration gave the best microencapsulation efficiency

In research synthesis silver nanoparticles, the best concentration of AgNO3 to create nanoparticles has been determined to be 1 mM, stirring time of 24 hours at room temperature The nanoparticles obtained have an average size of 83.6 nm The FTIR spectra indicated that functional groups such as alcohols, phenols, alkyl halides, and alkynes could act as reducing and stabilising agents for AgNPs

3 Application of preparations in food preservation

Applying extracts and spray drying products to preserve frozen and cooling basa fish, Determined pH, PV, TBARS, APC during storage The results showed that samples using extract and spray-dried products were more effective than the negative control sample

The results show that extraction polyphenols from Mentha aquatica L., manufacturing

products and applying them to food preservation is completely feasible It helps

provide an additional safe food preservation solution and increase the value of Mentha aquatica L

MỤC LỤC

MỞ ĐẦU 1

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN 5

1.1 Polyphenol 5

1.1.1 Khái niệm – phân loại polyphenol 5

1.1.2 Hoạt tính sinh học của polyphenol 7

1.1.2.1 Hoạt tính chống oxi hóa của polyphenol 8

1.1.2.2 Hoạt tính chống vi sinh vật 8

1.1.2.3 Các hoạt tính khác 10

1.2 Trích ly polyphenol từ thực vật 11

1.2.1 Khái niệm – phân loại 11

1.2.2 Các phương pháp trích ly 12

1.2.2.1 Phương pháp trích ly truyền thống 12

1.2.2.2 Phương pháp hiện đại 13

1.2.3 Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình trích ly polyphenol 15

1.2.3.1 Ảnh hưởng của dung môi 15

1.2.3.2 Ảnh hưởng của pH 16

1.2.3.3 Ảnh hưởng của nhiệt độ 16

1.2.3.4 Ảnh hưởng của thời gian trích ly 17

1.2.3.5 Ảnh hưởng của tỷ lệ nguyên liệu/ dung môi 17

1.2.3.6 Ảnh hưởng của nguyên liệu 18

1.3 Sản xuất chế phẩm vi bao polyphenol bằng kỹ thuật sấy phun 18

1.3.1 Khái niệm – Phân loại phương pháp vi bao 18

1.3.2 Công nghệ sấy phun tạo sản phẩm vi bao 19

1.3.3.1 Khái niệm sấy phun và ứng dụng sấy phun trong vi bao 19

1.3.2.2 Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình vi bao bằng sấy phun 20

1.3.2.3 Một số hạn chế khi áp dụng sấy phun trong quá trình vi bao 21

1.3.3 Các cơ chế giải phóng chất vi bao 22

1.3.4 Ứng dụng của vi bao trong công nghệ thực phẩm 23

1.4 Tổng hợp xanh nano Ag 23

1.4.1 Khái niệm – phân loại 23

1.4.2 Các phương pháp tạo nano 24

1.4.3 Tổng hợp xanh nano Ag 24

1.4.3.1 Tổng hợp nano với tác nhân khử từ Tảo 24

1.4.4.2 Tổng hợp nano với tác nhân khử từ Nấm 25

1.4.4.3 Tổng hợp nano với tác nhân khử từ Vi khuẩn 25

1.4.4.4 Tổng hợp nano với tác nhân khử từ dịch chiết thực vật 26

1.4.5 Đặc tính kháng khuẩn của nano Ag tổng hợp từ dịch chiết thực vật 27

1.5 Húng lũi 29

1.5.1 Các đặc tính thực vật và ứng dụng của cây húng lũi 29

1.5.2 Các thành phần hoạt chất trong cây húng lũi 31

1.5.2.1 Polyphenol 31

1.5.2.2 Tinh dầu 32

1.5.3 Hoạt tính sinh học của cây húng lũi 33

CHƯƠNG 2 NGUYÊN LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 35

2.1 Nguyên liệu 35

2.2 Phương pháp nghiên cứu 36

2.2.1 Nội dung 1 Trích ly polyphenol từ húng lũi 37

2.2.1.1 Bố trí thí nghiệm trích ly theo phương pháp ngâm chiết 37

2.2.1.2 Bố trí thí nghiệm trích ly theo phương pháp có hỗ trợ siêu âm 37

2.2.1.3 Bố trí thí nghiệm trích ly theo phương pháp có hỗ trợ enzym 37

2.2.1.4 Bố trí thí nghiệm tối ưu hóa 38

2.2.2 Nội dung 2 Sản xuất chế phẩm và đánh giá hoạt tính sinh học 39

2.2.2.1 Xác định hoạt tính sinh học và thành phần của cao chiết 39

2.2.2.2 Vi bao bằng kỹ thuật sấy phun 40

2.2.2.3 Bố trí thí nghiệm xác định hạn sử dụng (shelflife) của cao chiết và chế phẩm vi bao bằng sấy phun 41

2.2.2.4 Bố trí thí nghiệm quá trình tổng hợp nano bạc 41

2.2.3 Nội dung 3 Bước đầu ứng dụng các chế phẩm trong bảo quản thực phẩm 42

2.2.3.1 Ứng dụng cao chiết và sản phẩm sấy phun bảo quản cá basa đông lạnh 42

2.2.3.2 Ứng dụng cao chiết và sản phẩm sấy phun bảo quản lạnh cá basa 44

2.3 Các phương pháp phân tích 44

2.3.1 Xác định hàm lượng polyphenol tổng 44

2.3.2 Xác định khả năng kháng oxy hóa theo DPPH 44

2.3.3 Xác định khả năng kháng oxy hóa theo ABTS 45

2.3.4 Xác định khả năng kháng oxy hóa theo FRAP 45

2.3.5 Xác định khả năng kháng khuẩn theo phương pháp khuếch tán đĩa thạch 45

2.3.6 Xác định nồng độ ức chế tối thiểu MIC (Minimum inhibitory concentration) theo phương pháp pha loãng 46

2.3.7 Xác định chỉ số PV 46

2.3.8 Xác định chỉ số TBARS 46

2.3.9 Xác định tổng số vi sinh vật trong mẫu 47

2.3.10 Các phương pháp phân tích và đo đạc khác 47

2.4 Xử lý số liệu 48

CHƯƠNG 3 KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ BÀN LUẬN 49

3.1 Nội dung 1 Trích ly polyphenol từ húng lũi 49

3.1.1 Trích ly bằng phương pháp ngâm chiết 49

3.1.1.1 Ảnh hưởng của loại dung môi 49

3.1.1.2 Ảnh hưởng của nồng độ dung môi 50

3.1.1.3 Ảnh hưởng của tỉ lệ dung môi 52

3.1.1.4 Ảnh hưởng của nhiệt độ trích ly 53

3.1.1.5 Ảnh hưởng của thời gian trích ly 54

3.1.2 Trích ly có hỗ trợ siêu âm 55

3.1.2.1 Ảnh hưởng của nồng độ dung môi 55

3.1.2.2 Ảnh hưởng của tỉ lệ dung môi 57

3.1.2.3 Ảnh hưởng của nhiệt độ trích ly 58

3.1.2.4 Ảnh hưởng của thời gian siêu âm đến TPC và AA của dịch chiết 59

3.1.3 Trích ly có hỗ trợ enzym 61

3.1.3.1 Ảnh hưởng pH tiền xử lý enzym 61

3.1.3.2 Ảnh hưởng của nồng độ enzym tiền xử lý 62

3.1.3.3 Ảnh hưởng của nhiệt độ tiền xử lý enzym 63

3.1.3.4 Ảnh hưởng của thời gian tiền xử lý enzym 64

3.1.4 Tối ưu hóa quá trình trích ly 66

3.1.4.1 Ảnh hưởng của các yếu tố thí nghiệm lên hàm lượng TPC 67

3.1.4.2 Ảnh hưởng của các yếu tố thí nghiệm đến khả năng kháng oxy hóa theo DPPH 68

3.1.4.3 Ảnh hưởng của các yếu tố thí nghiệm đến khả năng kháng oxy hóa theo ABTS 70

3.1.4.4 Ảnh hưởng của các yếu tố thí nghiệm đến khả năng kháng oxy hóa theo FRAP 71

3.1.4.5 Kết quả dự đoán các thông số tối ưu của mô hình tối ưu hóa quá trình trích ly 72

3.2 Nội dung 2 Sản xuất chế phẩm và đánh giá hoạt tính sinh học 73

3.2.1 Hoạt tính sinh học và thành phần của cao chiết 73

3.2.1.1 Hoạt tính sinh học 73

3.2.1.2 Trích ly phân đoạn và phân lập các hợp chất từ cao chiết húng lũi 74

3.2.1.3 Cấu trúc và định danh các chất phân lập được từ cao chiết 82

3.2.2 Vi bao cao chiết húng lũi bằng kỹ thuật sấy phun 93

3.2.2.1 Một số tính chất của nguyên liệu ban đầu 93

3.2.2.2 Ảnh hưởng của nhiệt độ sấy và hàm lượng gum Arabic đến hiệu suất thu hồi, TPC và AA của chế phẩm thu được 94

3.2.2.3 Ảnh hưởng của nhiệt độ sấy và hàm lượng malto dextrin đến hiệu suất thu hồi, TPC và AA của chế phẩm thu được 96

3.2.2.4 Hoạt tình kháng oxy hóa và kháng khuẩn của sản phẩm sấy phun 98

3.2.3 Thời hạn sử dụng (shelf – life) của cao chiết và sản phẩm sấy phun theo TPC và

DPPH 102

4.2.3.1 Thời hạn sử dụng (shelf – life) của cao chiết 102

3.2.3.2 Thời hạn sử dụng (shelf – life) của sản phẩm sấy phun với chất mang là GA (GA-E) và chất mang MD (MD-E) 104

3.2.3.3 Kiểm chứng mô hình shelf – life 107

3.2.4 Tổng hợp nano bạc từ dịch chiết húng lũi 109

3.2.4.1 Quá trình tổng hợp nano bạc 109

3.2.4.2 Ảnh hưởng của nồng độ bạc nitrat đến việc tổng hợp nano bạc 109

3.2.4.3 Hoạt tính kháng khuẩn và kháng oxy hóa, hình thái và kích thước của nano bạc thu được 114

3.3 Nội dung 3: Ứng dụng các chế phẩm trong bảo quản thực phẩm 116

3.3.1 Ứng dụng cao chiết và sản phẩm sấy phun vào bảo quản cá basa đông lạnh 116 3.3.2 Ứng dụng cao chiết và sản phẩm sấy phun trong bảo quản lạnh cá basa 120

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 125

Kết luận 125

Kiến nghị 127

DANH MỤC CÔNG TRÌNH CÔNG BỐ CỦA TÁC GIẢ 128

TÀI LIỆU THAM KHẢO 129

DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT

ABTS : 2,2′-azino-bis-3-ethylbenzthiazoline-6-sulphonic acid

B subtilis : Bacillus subtilis

DANH MỤC HÌNH

Hình 1.1 Các cấu trúc cơ bản của hạt vi bao 18

Hình 1.3 Ảnh đại diện thân và lá của cây húng lũi (Mentha aquatica Linn var crispa)30 Hình 2.1 Sơ đồ tổng quát các nội dung nghiên cứu 36

Thí nghiệm khảo sát ảnh hưởng của các chất bảo quản khác nhau đến chất lượng cá basa bảo quản đông lạnh được thực hiện theo sơ đồ ở Hình 2.2 42

Hình 2.2 Sơ đồ bố trí thí nghiệm ảnh hưởng của các chất bổ sung đến thời gian bảo quản cá basa ở -18oC 43

Hình 3.1 Ảnh hưởng của loại dung môi đến TPC và AA của dịch chiết 49

Hình 3.2 Ảnh hưởng nồng độ dung môi acetone đến TPC và AA của dịch chiết 51

Hình 3.3 Ảnh hưởng của tỷ lệ nguyên liệu/dung môi đến TPC và AA của dịch chiết 52

Hình 3.4 Ảnh hưởng của nhiệt độ trích ly đến TPC và AA của dịch chiết 53

Hình 3.5 Ảnh hưởng của thời gian trích ly đến TPC và AA của dịch chiết 55

Hình 3.6 Ảnh hưởng nồng độ dung môi đến TPC và AA của dịch chiết 56

Hình 3.7 Ảnh hưởng của tỷ lệ nguyên liệu/dung môi đến TPC và AA của dịch chiết 57

Hình 3.8 Ảnh hưởng của nhiệt độ trích ly đến TPC và AA của dịch chiết 58

Hình 3.9 Ảnh hưởng của thời gian siêu âm đến TPC và AA của dịch chiết 60

Hình 3.10 Ảnh hưởng pH tiền xử lý enzym đến TPC và AA của dịch chiết 61

Hình 3.11 Ảnh hưởng của nồng độ enzym đến TPC và AA của dịch chiết 62

Hình 3.12 Ảnh hưởng của nhiệt độ tiền xử lý enzym đến TPC và AA của dịch chiết 64

Hình 3.13 Ảnh hưởng của thời gian tiền xử lý enzym đến TPC và AA của dịch chiết 65 Hình 3.14 Đồ thị 3D và đường đồng mức của hàm lượng TPC thu được ảnh hưởng bởi nhiệt độ và thời gian trích ly 68

Hình 3.15 Đồ thị 3D và đường đồng mức của khả năng kháng oxy hóa theo DPPH ảnh hưởng bởi nhiệt độ và thời gian trích ly 69

Hình 3.16 Đồ thị 3D và đường đồng mức của khả năng kháng oxy hóa theo ABTS ảnh hưởng bởi nhiệt độ và thời gian trích ly 70

Hình 3.17 Đồ thị 3D và đường đồng mức của khả năng kháng oxy hóa theo FRAP ảnh

hưởng bởi nhiệt độ và thời gian trích ly 71

Hình 3.18 Kết quả dự đoán các thông số tối ưu của mô hình 72

Hình 3.19 Sơ đồ điều chế và khối lượng các loại cao thu được từ cây Húng lũi 75

Quá trình phân lập và kết quả được thể hiện theo sơ đồ ở Hình 3.20 75

Hình 3.20 Quy trình phân lập các hợp chất từ cao ethyl acetate (145,3 g) 76

Hình 3.21 Cấu trúc hợp chất MA1 và tương quan HMBC 84

Hình 3.22 Cấu trúc hợp chất MA2 và tương quan HMBC 86

Hình 3.23 Cấu trúc hợp chất MA3 và tương quan HMBC 88

Hình 3.24 Cấu trúc hợp chất MA4 90

Hình 3.25 Cấu trúc hợp chất MA6 92

Hình 3.26 Kết quả SEM và DLS của sản phẩm vi bao 101

Hình 3.27 Mức độ giảm của TPC theo thời gian bảo quản cao chiết 103

Hình 3.28 Mức độ giảm của DPPH theo thời gian bảo quản cao chiết 103

Hình 3.29 Mức độ giảm của TPC theo thời gian bảo quản GA – E ở 50 và 60oC 104

Hình 3.30 Mức độ giảm của DPPH theo thời gian bảo quản GA – E ở 50 và 60oC 105

Hình 3.31 Mức độ giảm của TPC theo thời gian bảo quản MD – E ở 50 và 60oC 106

Hình 3.32 Mức độ giảm của DPPH theo thời gian bảo quản MD – E ở 50 và 60oC 107

Hình 3 33 Sự thay đổi màu trong quá trình tổng hợp nano bạc 109

Hình 3.34 Phổ UV-vis của nano bạc được tổng hợp với các nồng độ AgNO3 khác nhau 110

Hình 3.35 DLS của nano bạc tổng hợp từ các nồng độ AgNO3 khác nhau 111

Hình 3.36 Phổ FTIR của nano bạc tổng hợp bằng dịch chiết húng lũi 112

Hình 3.37 Khả năng kháng khuẩn của các mẫu trên các loại vi khuẩn thí nghiệm 113

Hình 3.38 DLS và SEM của nano Ag tổng hợp từ húng lũi 115

Hình 3.39 Ảnh hưởng của các chất bổ sung đến sự thay đổi pH của các mẫu cá basa trong thời gian bảo quản lạnh đông (-18oC) 116

Hình 3.40 Ảnh hưởng của các chất bổ sung đến sự thay đổi giá trị pV của các mẫu cá basa trong thời gian bảo quản lạnh đông (-18oC) 117

Hình 3.41 Ảnh hưởng của các chất bổ sung đến sự thay đổi giá trị TBARS của các mẫu

cá basa trong thời gian bảo quản lạnh đông (-18oC) 118Hình 3.42 Ảnh hưởng của các chất bổ sung đến sự thay đổi giá trị APC của các mẫu cá basa trong thời gian bảo quản lạnh đông (-18oC) 119Hình 3.43 Ảnh hưởng của các chất bổ sung đến sự thay đổi giá trị pH của các mẫu cá basa bảo quản lạnh đông (4oC) 120Hình 3.44 Ảnh hưởng của các chất bổ sung đến sự thay đổi giá trị pV của các mẫu cá basa bảo quản lạnh đông (4oC) 121Hình 3.45 Ảnh hưởng của các chất bổ sung đến sự thay đổi giá trị TBARS của các mẫu

cá basa bảo quản lạnh (4oC) 122Hình 3.46 Ảnh hưởng của các chất bổ sung đến sự thay đổi giá trị APC của các mẫu cá basa bảo quản lạnh đông (4oC) 124

DANH MỤC BẢNG

Bảng 1.1 Phân loại polyphenol theo số nguyên tử cacbon 5

Bảng 1.2 Phân loại polyphenol theo các lớp chất 6

Bảng 1.3 Khả năng kháng khuẩn của một số polyphenol 9

Bảng 1.4 Khả năng hòa tan các nhóm polyphenol của các dung môi thông dụng 16

Bảng 1.5 Sử dụng dịch chiết các bộ phận khác nhau của cây để tổng hợp nano Ag 27

Bảng 1.6 Tổng hợp nano Ag bằng dịch chiết từ các bộ phận khác nhau của cây và hoạt tính kháng khuẩn của nano Ag thu được 29

Bảng 1.7 Các ứng dụng của húng lũi 31

Bảng 1.8 Thành phần polyphenol trong chi Mentha 32

Bảng 2.1 Các hóa chất và vật liệu khác dùng trong nghiên cứu 35

Bảng 2.2 Dụng cụ và thiết bị sử dụng trong nghiên cứu 36

Bảng 2.3 Ma trận thực nghiệm thiết kế theo mô hình Box - Behnken 38

Bảng 3.1 Kết quả TPC và hoạt tính kháng oxy hóa của dịch trích theo các phương pháp trích ly khác nhau 66

Bảng 3.2 Ma trận thực nghiệm thiết kế theo mô hình Box - Behnken và kết quả 67

Bảng 3.3 Kết quả so sánh số liệu dự đoán theo mô hình và thực nghiệm 73

Bảng 3.4 Hàm ẩm TPC, hoạt tính chống oxy hóa theo DPPH, ABTS, FRAP và hoạt tính kháng khuẩn của cao chiết 74

Bảng 3.5 Kết quả sắc ký cột silica gel cao EA (145,3 g) 77

Bảng 3.6 Kết quả SKC silica gel phân đoạn E2 78

Bảng 3.7 Kết quả SKC silica gel phân đoạn E2.3 78

Bảng 3.8 Kết quả SKC silica gel phân đoạn E2.5 79

Bảng 3.9 Kết quả SKC phân đoạn E4 79

Bảng 3.10 Kết quả SKC silica gel phân đoạn E4.3 80

Bảng 3.11 Kết quả SKC silica gel phân đoạn E4.4 80

Bảng 3.12 Kết quả SKC silica gel phân đoạn E6 81

Bảng 3.13 Kết quả SKC silica gel phân đoạn E6.3 81

Bảng 3.14 Kết quả phân lập định danh các chất trong cao chiết húng lũi 82

Bảng 3.15 Dữ liệu phổ NMR của MA1 84

Bảng 3.16 Dữ liệu phổ NMR của MA2 86

Bảng 3.17 Dữ liệu phổ NMR của MA3 89

Bảng 3.18 Dữ liệu phổ NMR của MA4 90

Bảng 3.19 Dữ liệu phổ NMR của MA5 91

Bảng 3.20 Dữ liệu phổ NMR của MA6 93

Bảng 3.21 Hàm ẩm, TPC, và hoạt tính chống oxy hóa theo DPPH, ABTS, FRAP của các nguyên liệu ban đầu 93

Bảng 3.22 Hàm ẩm, EY, TPC và AA theo DPPH, ABTS và FRAP của sản phẩm sấy phun sử dụng chất mang gum Arabic (GA) ở các nồng độ khác nhau 94

Bảng 3.23 Hàm ẩm, EY, TPC và AA theo DPPH, ABTS và FRAP của sản phẩm sấy phun sử dụng chất mang malto dextrin (MD) ở các nồng độ khác nhau 96

Bảng 3.24 Hoạt tính kháng oxy hóa theo DPPH và ABTS của cao chiết và sản phẩm vi bao 98

Bảng 3.25 Hoạt tính kháng khuẩn theo MIC của cao chiết và sản phẩm vi bao 98

Bảng 3.26 Kết quả kiểm chứng mô hình Q10 ở nhiệt độ bảo quản 30oC 108

Bảng 3.28 Ảnh hưởng của nồng độ AgNO3 đến kích thước hạt nano thu được 110

Bảng 3.29 Hoạt tính kháng khuẩn và kháng oxy hóa của nano bạc 114

MỞ ĐẦU

Việt Nam là một nước nhiệt đới với nhiều loại cây trồng đa dạng, đặc biệt là các loại cây gia vị, thảo mộc, nhiều loại gia vị được trồng quanh năm Tuy nhiên một số thời điểm trong năm không thu hoạch được do giá thấp, việc sử dụng hiệu quả các sản phẩm nông nghiệp không những giảm thiệt hại mà còn mang lại lợi ích kinh tế cao cũng như giảm thiểu những vấn đề về môi trường

Các nguyên liệu thực vật được biết đến với hàm lượng cao các chất chuyển hóa thứ cấp như các hợp chất polyphenol, đây là nhóm chất có hoạt tính kháng oxy hóa và kháng vi sinh vật Ngoài ra việc tiêu thụ polyphenol tự nhiên có liên quan đến việc giảm nguy cơ mắc một số bệnh như bệnh tim mạch, Alzheimer, tiểu đường, đột quỵ

và những bệnh mà nguyên nhân có liên quan đến quá trình oxy hóa và các gốc tự do trong cơ thể như ung thư (Adefegha và ctv, 2022)

Bên cạnh đó vấn đề làm dụng hóa chất trong bảo quản và chế biến thực phẩm rất được quan tâm Nhu cầu tìm ra các chất bảo quản tự nhiên, an toàn ngày càng cấp thiết, đây là chủ đề luôn thu hút các nhà nghiên cứu và nhà đầu tư

Húng lũi (Mentha aquatica Linn var Crispa) được sử dụng phổ biến ở Việt Nam

và các nước khác ở Châu Á Nó được sử dụng như cây gia vị trong các món ăn hoặc

ăn tươi Các nghiên cứu về hoạt tính sinh học như khả năng kháng oxy hóa và

kháng vi sinh vật đã được thực hiện nhiều trên những cây thuộc chi Metha cho thấy

kết quả rất khả quan Thạch và ctv (2013) nghiên cứu thành phần tinh dầu từ cây húng lũi ở Việt Nam, Morteza-Semnani và ctv (2006) xác định các thành phần trong tinh dầu húng lũi ở Iran, bên cạnh đó Jerković và Mastelić (2001) nghiên cứu thành phần tinh dầu tự do và liên kết với glycosid của húng lũi ở Croatia Ngoài ra Dorman và ctv (2003), Pérez và ctv (2014) đã nghiên cứu hoạt tính kháng oxy hóa

của các cây thuộc chi Mentha Triantaphyllou và ctv (2001) đã khảo sát hoạt tính kháng oxy hóa của các cây thuộc họ Lamiaceae trong đó có chi Mentha Bên cạnh

đó Voirin và ctv (1999) cũng đã nghiên cứu thành phần flavonoid trong húng lũi Cho đến hiện nay việc trích ly polyphenol từ húng lũi, xác định các thành phần trong dịch trích polyphenol từ húng lũi và ứng dụng dịch trích này chưa được thực hiện một cách đầy đủ Thêm vào đó với hoạt tính polyphenol đã biết, việc trích ly,

tạo ra chế phẩm và ứng dụng trong sản xuất thực phẩm có thể mang đến một giải pháp đầy tiềm năng nhằm đảm bảo an toàn thực phẩm, hạn chế sử dụng các chất bảo quản nhân tạo quá nhiều như hiện nay

Cây húng lũi thích hợp với khí hậu và điều kiện canh tác ở nhiều vùng trên cả nước,

là một nguyên liệu dồi dào, tuy nhiên việc nghiên cứu về cây này chủ yếu ở khía cạnh nghiên cứu và ứng dụng tinh dầu của chúng, nếu nghiên cứu tách chiết thành công polyphenol sau khi thu nhận tinh dầu sẽ mang lại hiệu quả cao trong việc khai thác cây này

Vì vậy đề tài ”Trích ly và thu nhận dịch chiết giàu polyphenol từ húng lũi (Mentha aquatica Linn var crispa) và thử nghiệm ứng dụng trong bảo quản thực phẩm”

được thực hiện nhằm tăng giá trị kinh tế của cây húng lũi đồng thời góp phần giải quyết vấn đề bảo quản thực phẩm bằng các chất bảo quản tự nhiên không độc hại

Mục tiêu nghiên cứu

Mục tiêu đề tài là trích ly và thu dịch chiết giàu polyphenol từ húng lũi, tạo chế phẩm và đánh giá hoạt tính của dịch trích ly cũng như chế phẩm thu được

Với mục tiêu đó các mục tiêu cụ thể được thực hiện bao gồm:

Tìm được các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình trích ly polyphenol từ húng lũi bằng phương pháp ngâm chiết truyền thống và phương pháp ngâm chiết có hỗ trợ enzym hoặc siêu âm, từ đó xác định được các thông số tối ưu của quá trình trích ly

Sản xuất các chế phẩm (chế phẩm cao chiết từ húng lũi, chế phẩm vi bao bằng phương pháp sấy phun, chế phẩm nano bạc) từ dịch trích ly húng lũi Đánh giá hoạt tính sinh học của các chế phẩm và xác định thành phần cao chiết thu được, từ đó ứng dụng các chế phẩm vào bảo quản thực phẩm

Nội dung nghiên cứu

Nội dung 1 Trích ly polyphenol từ húng lũi

(1) Khảo sát các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình trích ly polyphenol từ húng lũi

(Mentha aquatica Linn var crispa) bằng phương pháp ngâm chiết truyền thống và

phương pháp ngâm chiết có hỗ trợ enzym hoặc siêu âm

(2) Tối ưu hóa quá trình trích ly polyphenol từ húng lũi bằng phương pháp đáp ứng

bề mặt với mô hình Box – Behnken

Nội dung 2 Sản xuất chế phẩm và đánh giá hoạt tính sinh học

(1) Sản xuất cao chiết từ húng lũi và xác định hoạt tính sinh học cũng như thành phần của cao húng lũi thu được

(2) Khảo sát các yếu tố ảnh hưởng của quá trình vi bao dịch chiết giàu polyphenol

từ húng lũi (Mentha aquatica Linn var crispa) bằng phương pháp sấy phun Xác

định hoạt tính kháng oxy hóa và kháng khuẩn của sản phẩm vi bao thu được

(3) Nghiên cứu tổng hợp xanh nano bạc Xác định hoạt tính kháng oxy hóa và kháng khuẩn của nano thu được

Nội dung 3 Thử nghiệm ứng dụng chế phẩm trong bảo quản thực phẩm

(1) Khảo sát ảnh hưởng của việc bổ sung cao chiết và sản phẩm sấy phun đến chất lượng cá basa bảo quản đông lạnh

(2) Khảo sát ảnh hưởng của việc bổ sung cao chiết và sản phẩm sấy phun đến chất lượng cá basa bảo quản lạnh

Ý nghĩa của luận án

Ý nghĩa khoa học

Kết quả của luận án đã tìm được các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình trích ly polyphenol từ húng lũi bằng phương pháp ngâm chiết truyền thống và phương pháp ngâm chiết có hỗ trợ siêu âm hoặc enzym Trong đó phương pháp ngâm chiết truyền thống là tối ưu nhất để trích ly polyphenol

Tối ưu được các điều kiện của quá trình trích ly polyphenol từ húng lũi bằng phương pháp ngâm chiết truyền thống

Xác định khả năng kháng oxy hóa và kháng khuẩn của các chế phẩm từ dịch trích ly húng lũi Nghiên cứu còn cho thấy hiệu quả của việc ứng dụng chế phẩm vào bảo quản cá basa nhằm kéo dài thời gian sử dụng, cung cấp thêm một giải pháp sử dụng các chất bảo quản tự nhiên, an toàn trong bảo quản thực phẩm

Nghiên cứu cũng xác định được một số thành phần trong dịch trích ly giàu

polyphenol từ húng lũi, trong đó có chất p-mentha-3,8-dien-1-ol và ene-1,2,8-triol lần đầu được công bố từ loài Mentha aquatica, bên cạnh đó cũng đã xác định được chất methyl--D galactopyranoside, chất này lần đầu tiên được tìm

cis-p-menth-3-thấy trong chi Mentha Đồng thời chất trans-p-menth-3-ene-1,2,8-triol, chất này

được biết đến qua quá trình tổng hợp chuyển từ cấu trúc dạng cis sang cấu trúc dạng

trans với hai giai đoạn oxy hóa và khử, nhưng đây lần đầu phân lập được từ tự nhiên

Luận án cũng đã thành công trong việc tổng hợp xanh nano bạc bằng dịch chiết từ húng lũi, nano thu được có hoạt tính kháng khuẩn và kháng oxy hóa cao mở ra hướng nghiên cứu ứng dụng chế phẩm này trong thực phẩm và các lĩnh vực khác

Ý nghĩa thực tiễn

Nghiên cứu đã thành công trong việc tạo ra các chế phẩm từ dịch chiết polyphenol húng lũi và đã cho thấy hiệu quả của các chế phẩm này trong bảo quản lạnh và lạnh đông cá basa, điều này giúp bắt kịp xu thế mới trong bảo quản thực phẩm an toàn Bên cạnh việc khai thác tinh dầu từ húng lũi như trước đây thì khai thác polyphenol

từ húng lũi cũng cho kết quả khả quan, việc này sẽ giúp khai thác hiệu quả hơn giá trị của cây húng lũi từ đó giúp nâng cao hiệu quả kinh tế cho người trồng cây này Hơn nữa ngoài việc bảo cá basa, các chế phẩm từ dịch chiết polyphenol húng lũi cũng có thể ứng dụng bảo quản cho nhiều loại thực phẩm khác trong xử lý sau thu hoạch hay chế biến, nâng cao chất lượng sản phẩm

Điểm mới của luận án

Đây là đề tài đầu tiên tại Việt Nam thực hiện các nghiên cứu tổng thể về polyphenol trong cây húng lũi Kết quả của đề tài có các điểm mới nổi bật như sau:

Xác định được một số thành phần trong dịch chiết polyphenol từ húng lũi, đặc biệt

một số chất lần đầu được tìm thấy trong loài Mentha aquatica như chất 3,8-dien-1-ol và cis-p-menth-3-ene-1,2,8-triol, ngoài ra chất methyl--D galactopyranoside lần đầu tiên được tìm thấy trong chi Mentha Hơn nữa đã xác

p-mentha-định được chất trans-p-menth-3-ene-1,2,8-triol, chất này được biết đến qua quá

trình tổng hợp chuyển từ cấu trúc dạng cis sang dạng trans với hai giai đoạn oxy hóa và khử, nhưng đây lần đầu phân lập từ tự nhiên

Tổng hợp thành công nano bạc bằng dịch chiết polyphenol từ húng lũi, các hoạt tính kháng oxy hóa và khán khuẩn của nano thu được rất cao Đồng thời xác định được các nhóm chất như rượu, phenol, ankyl halogenua và ankyn đóng vai trò khử và ổn định cho nano bạc

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN

1.1 Polyphenol

1.1.1 Khái niệm – phân loại polyphenol

Polyphenol là hợp chất có chứa một hay nhiều vòng thơm với một hoặc nhiều nhóm hydroxyl (-OH), chúng phân bố rộng rãi trong giới thực vật và có sản phẩm chuyển hóa bậc hai nhiều nhất trong thực vật với hơn 8000 dạng cấu trúc khác nhau, bao gồm các phân tử đơn giản như acid phenolic hay các hợp chất tổng hợp bậc cao như tannin (Dai và Mumper, 2010)

Các hợp chất polyphenol được tìm thấy ở tất cả các bộ phận của cây, là thành phần phổ biến trong nông sản (rau quả, ngũ cốc), đồ uống (trà, cà phê, rượu bia…) và ảnh hưởng một phần đến tính chất cảm quan của các thực phẩm này

Polyphenol có thể được phân loại dựa vào số cacbon trong phân tử (Bảng 1.1) hay theo lớp chất (Bảng 1.2)

Bảng 1.1 Phân loại polyphenol theo số nguyên tử cacbon

Số nguyên tử cacbon Khung cacbon cơ bản Hợp chất polyphenol

Bảng 1.2 Phân loại polyphenol theo các lớp chất

Tên lớp chất Các chất điển hình Vị trí nhóm hydroxyl

(-)-Epigallogatechin-3- gallate

Isoliquiritigenin 4, 2’, 4’

Flavokawain C 4, 2’

(Nguồn Papuc và ctv (2017))

1.1.2 Hoạt tính sinh học của polyphenol

Polyphenol là những hợp chất có hoạt tính sinh học, các hoạt tính được quan tâm nhiều như tính chất chống oxy hóa, kháng viêm, chống ung thư và khả năng điều chỉnh một số chức năng quan trọng trong tế bào (Manach và ctv, 2004; Rasmussen

và ctv, 2005) Ngoài ra nó cũng có tác dụng chống dị ứng, chống viêm, chống ung thư, hạ huyết áp, kháng sinh, kháng vi-rút và kháng nấm Đặc biệt là tính kháng khuẩn, đây là đặc tính ngày càng được quan tâm, nhu cầu tìm ra chất kháng khuẩn mạnh để kết hợp với kháng sinh trong trị liệu Tác dụng hiệp đồng của polyphenol

với các loại kháng sinh thông thường chống lại vi sinh vật đa kháng thuốc đang được lưu ý đặc biệt (Álvarez-Martínez và ctv, 2020; Daglia, 2012)

Polyphenol còn có tác dụng trong việc ngăn ngừa một số rối loạn từ ung thư đến hội chứng chuyển hóa, tiểu đường, bệnh gan không do rượu và bệnh nha chu Chúng cũng có tác dụng đối với bệnh tim mạch và thoái hóa thần kinh (Potì và ctv, 2019) Việc sử dụng thường xuyên những loại thực phẩm chứa nhiều hợp chất polyphenol

sẽ giúp cải thiện rõ rệt sức khỏe của con người, làm giảm đáng kể tỷ lệ mắc một số bệnh, đặc biệt là ung thư (Dai và Mumper, 2010)

1.1.2.1 Hoạt tính chống oxi hóa của polyphenol

Trong số các hoạt tính sinh học đáng chú ý của các hợp chất phenolic, các hoạt tính chống oxy hoá đã được nghiên cứu rộng rãi, bao gồm thu thập các gốc tự do, ức chế quá trình oxy hóa lipid, giảm sự hình thành hydroperoxide, …

Ngoài khả năng loại trừ gốc tự do, polyphenol còn có khả năng tạo phức với kim loại Sự tạo phức với các kim loại chuyển tiếp như Fe2+ có thể trực tiếp làm giảm tốc độ của phản ứng Fenton, vì vậy ngăn chặn quá trình oxy hóa nhờ các gốc hydroxyl có khả năng hoạt động cao (Pietta, 2000); (Perron và Brumaghim, 2009) Ngoài ra polyphenol có thể hoạt động như một chất đồng chống oxy hóa, và tham gia vào sự tái tạo các vitamin thiết yếu (Zhou và ctv, 2005)

Polyphenol cũng có thể hoạt động như chất chống oxy hoá thông qua các tác động của chúng đối với plasma, màng, các yếu tố phiên mã và các hoạt động enzym trong

cơ thể (Li và ctv, 2014)

Tính chất chống oxy hóa của polyphenol thường được chấp nhận là do cấu trúc của

nó Trong phân tử có nhóm –OH gắn liền với vòng thơm Cấu trúc phẳng của phenolic cho phép liên hợp và phân chia điện tử, cũng như hiệu ứng cộng hưởng (Leopoldini và ctv, 2011)

1.1.2.2 Hoạt tính chống vi sinh vật

Các tính chất kháng khuẩn, kháng virus và kháng nấm của polyphenol đã được nghiên cứu rộng rãi Sự liên hệ giữa cấu trúc và hoạt tính kháng khuẩn của polyphenol ngày càng được nhiều người quan tâm Nhu cầu tìm ra các chất kháng sinh tự nhiên nhằm kết hợp với các chất kháng sinh cổ điển để chống lại các loại vi

sinh vật đa kháng thuốc là rất lớn Ngoài ra, các đặc tính kháng khuẩn của polyphenol còn được đề xuất để làm chất bảo quản thực phẩm (Daglia, 2012)

Bảng 1.3 Khả năng kháng khuẩn của một số polyphenol

Loại polyphenol Loại vi khuẩn bị ức chế

Coumarin Streptococcus mutans, S.aureus

Lignans S.aureus, E.coli, P.acnes, M.tuberculosis

Phenolic Alcohols S.aureus, M.tuberculosis

Polyphenol (đặc biệt là flavonoid) kháng khuẩn theo ba cơ chế, tác động trực tiếp lên tế bào vi khuẩn (gây thủng hoặc giảm tình thấm của màng tế bào ), ức chế tổng hợp acid nucleic và ức chế khả năng chuyển hóa năng lượng (Cushnie và Lamb, 2011) Một số loại flavonol, chẳng hạn như galangin và quercetin có hoạt tính kháng khuẩn tốt (Rizzo và ctv, 2014) Naringenin (một loại flavanone) kháng khuẩn

mạnh đối với các chủng vi khuẩn Gram dương (S aureus, S cholermidis, B subtilis, Micrococcus luteus) và trung bình hoặc yếu đối với vi khuẩn Gram âm (E coli, P aeruginosa) (Rauha và ctv, 2000)

Tanin có thể ức chế nấm sợi, nấm men và vi khuẩn Chúng ảnh hưởng đến sự phát triển của vi khuẩn theo cơ chế ức chế các enzym ngoại bào và enzym phosphoryl hóa, oxy hóa (Scalbert, 1991; Schofield và ctv, 2001)

Một số hợp chất phenolic trong rượu vang đặc biệt là acid gallic và etyl gallate có

khả năng ức chế sự phát triển của vi khuẩn gây bệnh đường hô hấp như P aeruginosa, S aureus, Moraxella catarrhalis, Enterococcus faecalis và M catharrhalis(Cueva và ctv, 2012)

Acid gallic và caffeic có khả năng kháng tụ cầu khuẩn, chúng ức chế sản xuất α

-hemolysin, acid galic ảnh hưởng đến tính chất bám dính của S aureus trong khi

acid caffeic ảnh hưởng đến sự ổn định của màng tế bào vi khuẩn

Khả năng kháng listeria của một số acid phenolic cũng được ghi nhận Acid

cinnamic ức chế tốt nhất L monocytogenes, tiếp theo là acid p-coumaric, acid ferrulic và acid caffeic, trong khi acid chlorogenic không ức chế L monocytogenes

ở nồng độ 1,0% (W/v) Người ta thấy rằng tăng hydroxyl hóa acid cinnamic làm giảm rõ rệt hoạt tính (Ramos‐Nino và ctv, 1996; Wen và ctv, 2003)

1.1.2.3 Các hoạt tính khác

a Phòng ngừa và điều trị bệnh tiểu đường

Các oxy phản ứng được xác định là tiền chất quan trọng trong cơ chế sinh bệnh tiểu đường, các loại oxy phản ứng nếu không được trung hòa sẽ hình thành các phức hợp miễn dịch và phản ứng viêm Hoạt tính chống oxy hóa của polyphenol chống lại các oxy phản ứng, do đó đã được nghiên cứu trong điều trị bệnh tiểu đường Các hợp chất này cũng có đặc tính điều trị bệnh tiểu đường bằng cách tăng sản sinh insulin, tăng độ nhạy insulin và sự hấp thu glucose phụ thuộc insulin, ức chế sự hấp thu glucose ở ruột, giảm sản lượng glucose ở gan và ảnh hưởng đến hệ vi sinh vật đường ruột (Sok Yen và ctv, 2021)

Một số nghiên cứu cơ bản và thử nghiệm lâm sàng đã chứng minh lợi ích của polyphenol trong phòng ngừa bệnh tiểu đường ở cả người khỏe mạnh và người bệnh Tuy nhiên nồng độ polyphenol sử dụng trong các nghiên thường cao hơn nồng độ trung bình trong chế độ ăn uống của con người; quan trọng nhất là hiệu quả

của các hợp chất này trong các mô đích giảm đáng kể do khả dụng sinh học của chúng ở người thấp (Vivarelli và ctv, 2023)

b Phòng ngừa bệnh Alzheimer

Bệnh Alzheimer được đặc trưng bởi sự mất dần khả năng nhận thức do tích lũy lượng lớn amyloid-beta 42 (Aβ42), sự hình thành các rối loạn sợi thần kinh ảnh hưởng đến sự chuyển hóa Aβ42 (Bandaru và ctv, 2022) Các đặc tính chống oxy hóa và chống viêm của polyphenol liên quan tích cực đến việc điều trị bệnh Alzheimer Epicatechin và các flavonoid khác như quercetin, myricetin, catechin, tannin, anthocyanidin, resveratrol và acid ferulic trong chế độ ăn giúp phòng ngừa bệnh Alzheimer (Dhakal và ctv, 2019)

c Ngăn ngừa ung thư

Các polyphenol như curcumin, resveratrol (3,5,4’-trihydroxystilbene), kaempferol, epigallocatechingallate (EGCG), apigenin và quercetin đóng vai trò quan trọng trong ngăn ngừa sự phát triển tế bào ung thư nhờ khả năng loại bỏ oxy phản ứng, nhặt gốc tự do (Oršolić và Jazvinšćak, 2022) Isoflavone ức chế các khối u ác tính phụ thuộc vào hormone và thay đổi biểu hiện của thụ thể estrogen, ức chế khối u và các yếu tố phiên mã trong tế bào ung thư (Rangsrikitphoti và ctv, 2022)

d Phòng bệnh tăng huyết áp

Polyphenol có tác dụng bảo vệ tim mạch, thể hiện ở các khả năng kháng tiểu cầu, hạ huyết áp và LDL (lipoprotein mật độ thấp), giảm cholesteol… nhờ các thành phần hoạt tính sinh học của chúng Flavanol, flavan-3ol, flavanon, flavon, chalcone là nhóm hợp chất polyphenol có tác dụng chống tăng huyết áp (Rodríguez và ctv, 2022) Ngoài ra polyphenol còn bảo vệ chống rối loạn chức năng nội mô và tình trạng viêm từ đó bảo vệ tim mạch

1.2 Trích ly polyphenol từ thực vật

1.2.1 Khái niệm – phân loại

Trích ly là một quá trình mà một hợp chất (ở dạng hòa tan hay dạng chất rắn) chuyển từ pha này sang pha khác bằng cách cho hai pha tiếp xúc với nhau, nhằm mục đích tách các hợp chất mục tiêu ra khỏi tạp chất Hai pha có thể đều ở trạng

thái lỏng (trích ly lỏng–lỏng) hoặc một pha lỏng và một pha rắn, hoặc giữa pha khí với pha lỏng (còn được gọi là hấp thụ)

Các phương pháp trích ly có thể chia ra phương pháp trích ly truyền thống và phương pháp trích ly hiện đại Các phương pháp trích ly truyền thống bao gồm phương pháp Soxhlet, phương pháp chưng cất lôi cuốn hơi nước, phương pháp ngâm chiết, phương pháp chiết bằng dung môi có khuấy đảo (Oreopoulou và ctv, 2019)

Các phương pháp hiện đại bao gồm phương pháp trích ly có hỗ trợ siêu âm (UAE), phương pháp trích ly có hỗ trợ vi sóng (MAE), phương pháp trích ly có hỗ trợ enzym, phương pháp trích ly CO2 siêu tới hạn, phương pháp trích ly chất lỏng ở áp suất cao (PLE), trích ly dưới hệ thống xung điện trường (PEF), phương pháp trích

ly áp suất thủy tỉnh (HHPE) (Oreopoulou và ctv, 2019)

1.2.2 Các phương pháp trích ly

1.2.2.1 Phương pháp trích ly truyền thống

a Phương pháp trích ly ngâm chiết lỏng/rắn truyền thống

Sử dụng dung môi thích hợp để hòa tan chọn lọc những cấu tử trong nguyên liệu đã được xử lý thành dạng thích hợp, ở nhiệt độ phòng hoặc gia nhiệt Dung môi ngấm qua thành tế bào của nguyên liệu và hòa tan các hợp chất trong tế bào Lọc thu được dịch trích và cô quay đuổi dung môi Đây là phương pháp thông thường được sử dụng để trích ly polyphenol mà không ảnh hưởng đến các thành phần cần trích ly

Ưu điểm của phương pháp trích ly này rất đơn giản, không cần thiết bị phức tạp, chi phí thấp và có thể thực hiện với số lượng mẫu lớn (Oreopoulou và ctv, 2019)

Tuy nhiên cần sử dụng nhiều dung môi, thời gian trích ly dài do đó có thể làm cho mẫu bị mất mát, làm chất cần trích ly bị biến đổi, làm giảm hiệu quả và ảnh hưởng đến kết quả trích ly Đồng thời phương pháp này chịu sự ảnh hưởng của các yếu tố bên ngoài như ánh sáng, không khí, nhiệt độ cao, pH… (Aguilera, 2003)

b Phương pháp chiết bằng dung môi có khuấy đảo

Phương pháp này thường dùng để tách các chất hòa tan trong mẫu rắn bằng dung môi hữu cơ có khuấy trộn Có bốn bước chuyển khối bao gồm sự hấp phụ dung môi

vào pha rắn, sự hòa tan các chất, sự khuếch tán của chất tan trong pha rắn và cuối cùng là sự khuếch tán ra ngoài của các chất hòa tan (Gertenbach, 2002)

Các yếu tố có thể ảnh hưởng đến quá trình này bao gồm dung môi, nhiệt độ, pH, tỷ

lệ rắn-lỏng, kích thước nguyên liệu… (Oreopoulou và ctv, 2019)

1.2.2.2 Phương pháp hiện đại

a Phương pháp trích ly bằng ngâm chiết có hỗ trợ của sóng siêu âm (UAE)

Quá trình chiết xuất bằng sóng siêu âm gồm hai quá trình chính là sự khuếch tán dung môi qua thành tế bào và sự kéo theo các thành phần vật chất trong tế bào khi màng tế bào bị phá hủy Siêu âm giúp tăng cường quá trình trương nở và hydrat hóa

từ đó cải thiện quá trình khuếch tán và tăng chuyển khối (Oreopoulou và ctv, 2019) Nhiệt độ, tần số và thời gian siêu âm là các yếu tố ảnh hưởng chính UAE cũng đã được hợp nhất cùng với các phương pháp cổ điển khác nhau để nâng cao hiệu quả quá trình trích ly thông thường (Vinatoru và ctv, 1998) Ngoài ra giảm kích thước vật liệu sẽ giúp siêu âm hiệu quả hơn (Oreopoulou và ctv, 2019)

Phương pháp UAE có ưu điểm là giúp giảm thời gian chiết xuất, năng lượng và dung môi sử dụng (Chemat và ctv, 2008) Nó còn giúp tăng năng suất, tăng cường tốc độ chiết, an toàn và có thể tăng cường khai thác các thành phần nhạy cảm với nhiệt (Oreopoulou và ctv, 2019)

UAE có thể xem là một phương pháp hiệu quả để trích ly hợp chất hoạt tính sinh học từ cây thảo dược, nó có thể cải thiện năng suất chiết tùy thuộc vào dung môi sử dụng H Li và ctv (2005) đã thu hồi acid chlorogenic từ lá tươi, vỏ cây tươi và vỏ

cây khô của Eucommia ulmodies Oliv cho kết quả sử dụng UAE tốt hơn so với các

phương pháp chiết cổ điển Y Yang và Zhang (2008) đã sử dụng UAE để chiết xuất

rutin và quercetin từ Euonymus alatus (Thund.) Sieb và kết luận rằng UAE có hiệu

quả chiết xuất tốt hơn các phương pháp thông thường

b Phương pháp trích ly có hỗ trợ vi sóng (MAE)

Trích ly có hỗ trợ vi sóng được thực hiện ở tần số từ 300 MHz đến 300 GHz Quá trình chiết suất bao gồm 3 giai đoạn đầu tiên tách các chất hòa tan khỏi nền rắn dưới tác dụng của nhiệt độ và áp suất; thứ hai là khuếch tán dung môi qua nền rắn; và thứ

ba là hòa tan các chất vào dung môi (Alupului và ctv, 2012)

MAE có ưu điểm là nâng cao năng suất chiết và rút ngắn thời gian chiết, tuy nhiên cần đầu tư thiết bị và lưu ý sự ảnh hưởng của vi sóng đến sức khỏe con người

c Phương pháp trích ly bằng ngâm chiết có hỗ trợ của enzym (EAE)

Các hợp chất phenolic trong nguyên liệu thực vật chủ yếu liên kết với vách tế bào thực vật là polysaccharide bằng liên kết ưa nước và kỵ nước (Pinelo và Meyer, 2008) hay trong các nguyên liệu có hàm lượng tinh bột cao, polyphenol cũng có khả năng tương tác với tinh bột (A Davis và Hoseney, 1979) Vì vậy để tăng hiệu quả giải phóng các hợp chất phenolic, người ta cũng sử dụng kết hợp các enzym, phổ biến nhất là kết hợp các enzym thuộc nhóm thủy phân tinh bột, thủy phân pectin phá vỡ thành tế bào trong quá trình trích ly Kích thước mẫu nguyên liệu đem đi trích ly cũng là một trong những yếu tố chính làm tăng hoạt động của enzym và hiệu quả trích ly hợp chất phenolic khỏi mẫu nguyên liệu

Việc bổ sung các enzym cụ thể như cellulase, α-amylase và pectinase trong quá trình trích ly giúp tăng khả năng thu hồi nhờ phá vỡ thành tế bào và thủy phân cấu trúc polysaccharid, lipid (R Singh và ctv, 1999)

Các yếu tố ảnh hưởng của phương pháp này bao gồm thành phần và nồng độ enzym, kích thước hạt nguyên liệu, tỷ lệ nguyên liệu/dung môi và thời gian thủy phân (Niranjan và Hanmoungjai, 2004) Theo Dominguez và ctv (1995) độ ẩm của nguyên liệu cũng là một yếu tố quan trọng trong quá trình thủy phân bằng enzym Phương pháp trích ly có hỗ trợ enzym có ưu điểm là giảm thời gian xử lý và lượng dung môi sử dụng, hiệu quả cao, tăng được năng suất khai thác Bên cạnh đó khả năng xúc tác chọn lọc và hoạt động trong điều kiện ôn hòa là những đặc tính rất phù hợp trong chiết xuất các thành phần có hoạt tình sinh học trong thực vật Mặc dù vậy phương pháp này có giá thành cao và đòi hỏi phải sử dụng loại enzym phù hợp cho từng nguyên liệu

d Phương pháp trích ly CO2 siêu tới hạn

Trong trích ly bằng CO2 siêu tới hạn, CO2 được tuần hoàn kín, trong khoảng áp suất

từ 90 đến 5000bar, CO2 hòa tan các chất cần chiết xuất, sau đó bay hơi ở áp suất 40–70bar, các chất hòa tan kết tủa và khí được tái sinh

Phương pháp này có ưu điểm là thu được cao chiết tinh khiết hơn, không có hoặc có rất ít dung môi trong cao chiết Tuy nhiên phương pháp này đòi hỏi chi phí đầu tư thiết bị cao (Herrero và ctv, 2010)

e Trích ly có hỗ trợ hệ thống xung điện trường (PEF)

Ứng dụng của PEF là làm cho màng tế bào tăng tính thấm từ đó cải thiện quá trình truyền khối Quá trình này được thực hiện bằng cách tạo ra các xung dòng điện và đặt vật liệu giữa hai điện cực Điện áp đặt vào sẽ tạo ra một điện trường, cường độ của điện trường này phụ thuộc vào giá trị điện áp đặt vào và khoảng cách của các điện cực (Vorobiev và Lebovka, 2008)

Phương pháp này có ưu điểm là cho tăng hiệu quả trích ly rất cao, tuy nhiên cần đầu

tư thiết bị và chi phí vận hành (Oreopoulou và ctv, 2019)

1.2.3 Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình trích ly polyphenol

Polyphenol có đặc tính chung của các hợp chất phenol nhưng thể hiện sự đa dạng về cấu trúc, do đó chúng có tính chất hóa lý khác nhau Sự xuất hiện thường xuyên của polyphenol trong thực vật và thành phần hóa học của chúng phức tạp làm cho quá trình chiết xuất, tách, xác định và phân tích polyphenol gặp khó khăn hơn Quá trình glycosyl hóa và trùng hợp phức tạp làm cho quá trình tách chiết polyphenol không

có một công thức chung (Roy và ctv, 2001)

1.2.3.1 Ảnh hưởng của dung môi

Đã có nhiều loại dung môi được sử dụng để chiết xuất polyphenol từ các loại thực vật khác nhau Hiệu quả của dung môi phụ thuộc chủ yếu vào khả năng hòa tan các nhóm phenolic Ngoài ra, dung môi có thể ảnh hưởng đến tính thấm của tế bào thực vật chẳng hạn ethanol làm tăng tính thấm của tế bào bằng cách ảnh hưởng đến phospholipid của màng (Boussetta và ctv, 2014; Goldstein và Chin, 1981)

Các hỗn hợp methanol, ethanol hoặc acetone với nước đã được sử dụng để trích ly polyphenol Tỷ lệ phần trăm của dung môi hữu cơ trong nước không những ảnh hưởng đến hàm lượng tổng polyphenol mà còn ảnh hưởng đến loại polyphenol thu được (De Leonardis và ctv, 2005; Proestos và Komaitis, 2008) Các loại dung môi khác nhau có thể hòa tan các polyphenol khác nhau, các loại dung môi phổ biến và khả năng hòa tan các polyphenol được trình bày trong Bảng 1.4

Bảng 1.4 Khả năng hòa tan các nhóm polyphenol của các dung môi thông dụng

Anthocyanins Anthocyanins Anthocyanins Phenolic

diterpenes

Phenolic diterpenes Phenolic acid

glycosides Phenolic acids (RA) Phenolic acids (CA) Flavonoids

Flavonoid aglycones Rosmarinic acid Flavonoids (flavones) Flavonoids (flavonols) Tannins

Saponins Flavonoid glucosides Flavonoid glucosides

Terpenoids Alkaloids

(Nguồn Oreopoulou và ctv (2019)) Bảng 1.4 cho thấy khi thay đổi dung môi trích ly sẽ thu được các hợp chất polyphenol khác nhau, do các chất polyphenol khác nhau sẽ có độ phân cực khác nhau và phù hợp với độ phân cực của từng dung môi

1.2.3.2 Ảnh hưởng của pH

Một số hợp chất phenolic, như acid hydroxycinnamic và hydroxybenzoic, được liên kết với polysacarit của thành tế bào bằng liên kết este và với các thành phần lignin bằng liên kết este hoặc ete, như acid p-coumaric có thể được este hóa hoặc ete hóa rộng rãi với lignin, trong khi acid ferulic có thể được ete hóa với lignin và este hóa với arabinoxylan (Max và ctv, 2010) Thủy phân bằng kiềm nhẹ sẽ tách các liên kết este và giải phóng các hợp chất phenolic có liên kết este, trong khi quá trình thủy phân bằng acid sẽ cắt các liên kết alkyl-aryl-ete và giải phóng các hợp chất có liên kết ete (Krygier K, 1928) Vì vậy một số nhà nghiên cứu đã thử chiết xuất bằng phương pháp thủy phân kiềm hoặc acid nhẹ

1.2.3.3 Ảnh hưởng của nhiệt độ

Khi tăng nhiệt độ trích ly thì tính thấm của thành tế bào cao hơn, khả năng hòa tan của các hợp chất phenolic cao hơn và hiện tượng truyền nhiệt và khối lượng cao hơn qua chất nền thực vật, vì vậy có thể làm tăng hiệu quả trích ly Tuy nhiên nhiệt

độ quá cao sẽ gây ra sự phân hủy của một số hợp chất (Oreopoulou và ctv, 2019) Tăng nhiệt độ trích ly, trong khoảng từ 20°C đến 80°C, thường làm tăng hiệu quả trích ly polyphenol (B Li và ctv, 2006) Sự thủy phân của liên kết este hoặc ete ở nhiệt độ cao giúp giải phóng phenolics liên kết (Gonzales và ctv, 2015; Max và ctv, 2010) Tuy nhiên, một số hợp chất acid phenolic, như acid salvanolic bị phân hủy

khi quá trình trích ly được thực hiện trên 30°C trong hơn 30 phút (Dong và ctv, 2010), acid cacnosic chỉ ổn định tốt đến 50°C (Albu và ctv, 2004), nó bị oxy hóa thành carnosol ở nhiệt độ cao hơn, quá trình oxy hóa được tăng tốc khi có nước hoặc methanol, trong khi đó nó ổn định hơn trong ethanol (Mulinacci và ctv, 2011) Ngoài ra, ở nhiệt độ cao hơn 150°C khi sử dụng phương pháp trích ly chất lỏng ở áp suất cao (PLE) gây ra sự phân hủy acid rosmarinic thành acid caffeic, acid này cũng

có hoạt tính chống oxy hóa (Hossain và ctv, 2011)

1.2.3.4 Ảnh hưởng của thời gian trích ly

Thời gian trích ly các hợp chất polyphenol bằng các phương pháp thông thường là

từ 1 đến 10 giờ cho hiệu quả để thu hồi polyphenol cao nhất (Adjé và ctv, 2010; Rodríguez-Rojo và ctv, 2012) Kích thước nguyên liệu là yếu tố chính ảnh hưởng đến thời gian trích ly, kích thước hạt nhỏ giúp tăng khả năng thu hồi vì vậy thời gian trích ly ngắn hơn (de AR Oliveira và ctv, 2016) Nhiệt độ cũng là một yếu tố khác ảnh hưởng đến khả năng khuếch tán của các hợp chất polyphenol, khi nhiệt độ tăng hệ số khuếch tán tăng lên và chuyển các thành phần polyphenol từ chất nền thực vật sang môi trường dung môi được hoàn thành trong thời gian ngắn hơn (Oreopoulou và ctv, 2019)

Trong các phương pháp trích ly truyền thống thường dùng dung môi hydroalcohol hoặc dung môi hữu cơ ở điều kiện nhiệt độ thấp, sự phân hủy polyphenol là không đáng kể mặc dù thời gian trích ly dài Ngược lại, trong điều kiện kiềm, thời gian chiết kéo dài hơn 3 giờ làm mất đi các hợp chất polyphenol và hoạt tính chống oxy hóa của các chất thu được (Oreopoulou và ctv, 2018)

1.2.3.5 Ảnh hưởng của tỷ lệ nguyên liệu/ dung môi

Tỷ lệ nguyên liệu/ dung môi cao sẽ làm tăng tốc độ truyền khối do chênh lệch nồng

độ cao hơn, do đó quá trình chiết xuất diễn ra với tốc độ nhanh hơn, nhưng nồng độ của các hợp chất polyphenol thu được trong dịch chiết thấp hơn và độ tinh khiết của dịch chiết cũng thấp do quá trình đồng chiết xuất các hợp chất không mong muốn

Tỷ lệ dung môi/ nguyên liệu từ 4,6:1 đến 60:1 (mL:g) được cho là tối ưu khi chiết polyphenol (de AR Oliveira và ctv, 2016; Y Yang và Zhang, 2008) Nhìn chung, các nhà nghiên cứu cố gắng sử dụng tỷ lệ dung môi trên chất rắn thấp để giảm thiểu

chi phí của quy trình Tỷ lệ 20:1 tỏ ra hiệu quả đối với việc thu hồi polyphenol từ oregano (Majeed và ctv, 2016) và salvia (Dong và ctv, 2010)

1.2.3.6 Ảnh hưởng của nguyên liệu

Kích thước nguyên liệu có lẽ là yếu tố quan trọng nhất ảnh hưởng đến quá trình trích ly polyphenol, giảm kích thước hạt sẽ làm tăng bề mặt tiếp xúc của nguyên liệu với dung môi và do đó tăng tốc độ truyền khối Ngoài ra xay nghiền để giảm kích thước nguyên liệu có thể gây vỡ tế bào, giải phóng một số thành phần polyphenol nằm bên trong tế bào (Majeed và ctv, 2016)

Khử dầu cũng ảnh hưởng đến việc thu hồi các hợp chất polyphenol Hầu hết các loại thảo mộc thơm và dược liệu đều có hàm lượng tinh dầu cao, chúng được khai thác để sản xuất tinh dầu, chất rắn cặn còn lại sau khi thu nhận tinh dầu phù hợp hơn cho việc trích ly các hợp chất polyphenol Dịch chiết thu được đối với mẫu đã thu nhận tinh dầu có hàm lượng polyphenol và hoạt tính chống oxy hóa cao hơn so với mẫu ban đầu (Oreopoulou và ctv, 2018; Tsimogiannis và ctv, 2017)

1.3 Sản xuất chế phẩm vi bao polyphenol bằng kỹ thuật sấy phun

1.3.1 Khái niệm – Phân loại phương pháp vi bao

Vi bao là kĩ thuật bao gói các chất rắn, lỏng hay khí (chất nền) vào trong một lớp vỏ bao cực mỏng, lớp vỏ này sẽ giữ và bảo vệ chất nền không bị biến đổi làm giảm chất lượng (đối với những chất nền dễ bị tác động bởi nhiệt) hay hạn chế tổn thất (đối với chất nền dễ bay hơi), nó chỉ giải phóng các chất nền này ra ngoài trong một

số điều kiện đặc biệt (Young và ctv, 1993)

Cấu trúc đơn nhân Cấu trúc đa nhân Cấu trúc ma trận

(Nguồn (Jyothi và ctv, 2012))

Hình 1.1 Các cấu trúc cơ bản của hạt vi bao

Hạt vi bao có kích thước khoảng micromet (>1µm) Hạt vi bao có thể chia làm hai phần, phần nhân và phần vỏ (Hình 1.1)

Thành phần nhân hạt vi bao: Enzym, vi sinh vật, amino acid, chất béo, dầu ăn, vi dinh dưỡng như chất khoáng và vitamin, tác nhân lên men, hương vị, muối, các hợp chất màu, hương liệu, chất ngọt, khí, chất bảo quản

Vật liệu bao là những vật liệu dạng keo (gum arabic, alginate, gelatin, chitosan), dẫn xuất tinh bột, cellulose, đường (lactose, sucrose, maltose), malto dextrin và siro bắp, dịch protein, casein, đậu nành, cyclodextrin, liposome, chất béo và sáp

Kĩ thuật vi bao đã được áp dụng từ giữa thập kỉ 50 để bao gói những thành phần

“nhạy cảm” trong thực phẩm (các chất dễ bay hơi, chịu ảnh hưởng bởi nhiệt độ ) nhằm bảo vệ các thành phần này Các phương pháp vi bao đã được sử dụng bao gồm sấy phun, phun lạnh, phun mát, ép đùn, ép đùn ly tâm, phương pháp phủ tầng sôi, đông khô, đông tụ, ly tâm phân tán huyền phù, kết tinh, các phương pháp kết hợp (Poshadri và Aparna, 2010)

1.3.2 Công nghệ sấy phun tạo sản phẩm vi bao

1.3.3.1 Khái niệm sấy phun và ứng dụng sấy phun trong vi bao

Sấy phun là phương pháp sản xuất bột khô từ chất lỏng hoặc huyền phù, mẫu được phun thành dạng hạt có kích thước nhỏ và được làm khô nhanh bằng khí nóng

Vi bao bằng sấy phun đã được sử dụng trong ngành công nghiệp thực phẩm từ cuối những năm 1950 Đây là phương pháp rất kinh tế, linh hoạt, liên tục và chất lượng cao, nó là kỹ thuật vi bao được sử dụng rộng rãi nhất trong ngành công nghiệp thực phẩm, thường được sử dụng để chế biến thực phẩm dạng bột, ổn định phụ gia và hương liệu (Desai và Jin Park, 2005)

Trong quá trình sấy phun nguyên liệu đưa vào thiết bị sấy phun có dạng dung dịch

và huyền phù trong trạng thái phân tán Quá trình sấy thực hiện đối với từng giọt lỏng phun ra, sản phẩm thu được có dạng bột, sau đó được lấy ra khỏi thiết bị sấy nhờ một hệ thống thu hồi riêng (S Singh và Dixit, 2014)

Theo Dziezak (1988), quá trình ứng dụng sấy phun trong vi bao bao gồm ba bước

cơ bản đó là chuẩn bị nhũ tương bao gồm nguyên liệu và chất mang, đồng nhất nhũ tương, phun hỗn hợp nhũ tương vào buồng sấy Tuy nhiên Parize và ctv (2008) cho

rằng vi bao bởi sấy phun bao gồm bốn giai đoạn là chuẩn bị dung dịch phân tán hoặc nhũ tương, tiếp theo đồng nhất dung dịch/nhũ tương sấy, sau đó tạo sương hay còn gọi là phun tạo sản phẩm và cuối cùng là sự mất nước nguyên liệu đầu vào

1.3.2.2 Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình vi bao bằng sấy phun

Các yếu tố ảnh hưởng đến chất lượng của vi nang trong quá trình sấy phun bao gồm chất mang; nhiệt độ đầu vào của nguyên liệu; nhiệt độ đầu vào và ra của không khí;

tỷ lệ nguyên liệu (Gharsallaoui và ctv, 2007; Goula và Adamopoulos, 2012) Trước khi tiến hành sấy phun, các nhũ tương được hình thành phải ổn định trong một thời gian nhất định (Shu và ctv, 2006)

a Chất mang

Chất mang có thể dùng từ nhiều nguồn khác nhau, chẳng hạn như carbohydrat, gum

tự nhiên (gum arabic, alginate, carragenans, v.v.), protein (sữa hoặc protein whey, gelatin, v.v.), malto dextrin với các chỉ số DE khác nhau, sáp và hỗn hợp của chúng Tuy nhiên, các vật liệu làm tường điển hình cho vi bao bằng phương pháp sấy phun

là cacbohydrat có trọng lượng phân tử thấp, protein sữa hoặc protein đậu nành, gelatin và hydrocolloid (Reineccius, 1995)

Đối với mục đích vi bao polyphenol bằng sấy phun, tinh bột biến tính, maltodextrin, gum Arabic… được sử dụng làm chất mang phổ biến Các vật liệu cần vi bao được hòa tan và đồng hóa với chất mang, sau đó sấy phun và thu nhận sản phẩm (Gibbs

và ctv, 1999)

b Độ nhớt của mẫu

Các hỗn hợp chất mang khác nhau sẽ có độ nhớt khác nhau Độ nhớt cao ảnh hưởng đến quá trình phun sương và dẫn đến sự hình thành giọt dài và lớn làm giảm tốc độ sấy (Rosenberg và ctv, 1990)

c Nhiệt độ nguyên liệu đầu vào

Nhiệt độ ảnh hưởng đến độ nhớt, tính chất lưu biến của nguyên liệu Khi nhiệt độ nguyên liệu đầu vào tăng, độ nhớt và kích thước giọt giảm nhưng nhiệt độ cao có thể gây ra sự bay hơi hoặc phân hủy một số thành phần nhạy cảm với nhiệt Young

và ctv (1993) nghiên cứu vi bao chất béo sữa khan dùng whey protein/lactose làm

chất mang có nhiệt độ nguyên liệu đầu vào tối ưu là 50℃, trong khi nghiên cứu của Rosenberg và ctv (1990) về vi bao ethyl butyrate, ethyl caprylate bằng whey protein/lactose thì nhiệt độ đầu vào tối ưu của nguyên liệu chỉ có 5℃

d Tỷ lệ nguyên liệu

Tỷ lệ nguyên liệu ảnh hưởng đến độ ẩm của sản phẩm thu được, ngoài ra nó còn ảnh hưởng đến khả năng bảo vệ các thành phần có hoạt tình sinh học của hỗn hợp cần vi bao Theo Shu và ctv (2006) khi sấy phun tạo vi bao lipid và các loại dầu thì

tỷ lệ tối ưu của liệu/chất mang là 1/4 Tuy nhiên, theo Hồ (2019) tỉ lệ chất mang cao góp phần bảo vệ anthocyanin bên trong mang lưới chất mang tốt hơn

e Nhiệt độ khí đầu vào

Nhiệt độ khí đầu vào tỷ lệ thuận với tốc độ sấy và chất lượng cuối cùng của vi bao Khi nhiệt độ khí đầu vào thấp tốc độ bay hơi thấp do đó các vi bao được hình thành

có mật độ màng cao, hàm lượng nước cao, tính lưu động kém và dễ tích tụ Tuy nhiên, nhiệt độ khí vào quá cao dẫn đến bốc hơi quá mức, tạo các vết nứt trong màng bao dẫn đến sự thoái hóa của thành phần vi bao hoặc hao hụt các chất bay hơi (Zakarian và King, 1982)

Nhiệt độ khí đầu vào thường được xác định bởi hai yếu tố, đó là tính chất nguyên liệu và chi phí năng lượng Khác với nhiệt độ không khí vào, nhiệt độ không khí ra không thể kiểm soát trực tiếp vì nó phụ thuộc vào nhiệt độ không khí đầu vào, nhiệt

độ không ra thường nằm trong khoảng 50-80oC (Fogler và Kleninschmidt, 1938)

1.3.2.3 Một số hạn chế khi áp dụng sấy phun trong quá trình vi bao

Quá trình sấy phun có thể làm hao hụt một số hợp chất dinh dưỡng Reineccius (1988) cho rằng chất dễ bay hơi thất thoát nhiều nhất ở giai đoạn đầu của quá trình sấy, trước khi hình thành một lớp vỏ khô trên bề mặt sản phẩm

Các chất mang sử dụng trong sấy phun yêu cầu phải hòa tan tốt trong nước do đó số lượng vật liệu làm chất mang cũng hạn chế

Một bất lợi nữa của sấy phun là sản phẩm thu được ở dạng bột siêu nhỏ và mịn do

đó cần có biện pháp thu hồi sản phẩm phù hợp

1.3.3 Các cơ chế giải phóng chất vi bao

Vi bao chỉ được coi là có hiệu quả nếu vật liệu lõi được bảo vệ cho đến khi được giải phóng một cách chủ động Có nhiều cơ chế khác nhau để giải phóng vật liệu lõi, chúng bao gồm phân hủy, khuếch tán, hòa tan, thay đổi áp suất, nhiệt độ hoặc

pH, quá trình phân tán và thẩm thấu Các cơ chế được sử dụng dựa trên các đặc tính của lõi và chất mang Các yếu tố chính ảnh hưởng đến việc giải phóng lõi bao gồm bản chất của vật liệu lõi, tỷ lệ giữa lõi và chất mang, bản chất của chất mang và sự tương tác giữa hai yếu tố này (Choudhury và ctv, 2021)

Trong cơ chế giải phóng bằng khuếch tán, sự khuếch tán của lõi thường xảy ra khi thành của vi nang còn nguyên vẹn và một chất lỏng xuyên qua thành, hòa tan vật liệu lõi và phân tán ra ngoài qua các lỗ rỗng Với cơ chế phân hủy sinh học, sử dụng các enzym như protease và lipase để phân hủy protein và lipid trong chất mang, từ

đó giải phóng lõi (Madene và ctv, 2006)

Thay đổi độ pH có thể dẫn đến giải phóng lõi vì nó có thể ảnh hưởng đến độ hòa tan của chất mang Chất mang có thể bền trong điều kiện acid, nhưng lại bị hòa tan trong điều kiện kiềm và ngược lại

Đối với sự giải phóng lõi qua trung gian nhiệt độ, có hai cơ chế khác nhau liên quan, một cơ chế được gọi là giải phóng nhạy cảm với nhiệt độ, trong đó chất mang

có thể bị phá vỡ khi tiếp xúc với nhiệt độ tới hạn Cơ chế khác được gọi là giải phóng kích hoạt nhiệt hạch, trong đó chất mang bắt đầu nóng chảy khi tiếp xúc với nhiệt độ cao và giải phóng lõi

Quá trình phân tán, trong cơ chế này việc giải phóng lõi phụ thuộc vào độ hòa tan của chất mang vào chất lỏng hòa tan Lớp vỏ không còn nguyên vẹn khi tiếp xúc với chất lỏng, nó hòa tan và giải phóng lõi Tốc độ giải phóng phụ thuộc vào các đặc tính của chất mang, độ dày của lớp vỏ và chất lỏng hòa tan

Trong quá trình giải phóng thẩm thấu của vật liệu lõi, thành của vi nang hoạt động như một màng bán thấm, cho phép tạo ra sự chênh lệch áp suất thẩm thấu ở hai bên thành Do sự chênh lệch áp suất này, vật liệu lõi di chuyển từ bên trong viên nang ra bên ngoài Vì vậy cần dựa vào cơ chế phóng thích, tính chất của hoạt chất, hiệu quả của quá trình mà lựa chọn phương pháp giải phóng vi chất phù hợp với điều kiện có sẵn và ứng dụng vào từng lĩnh vực khác nhau (Madene và ctv, 2006)