Nghiên cứu chiết tách acid phytic từ cám gạo và ứng dụng chống oxy hóa lipid trong thịt cá xay

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC NHA TRANG HÀ THỊ DUNG NGHIÊN CỨU CHIẾT TÁCH ACID PHYTIC TỪ CÁM GẠO VÀ ỨNG DỤNG CHỐNG OXY HÓA LIPID TRONG THỊT CÁ XAY LUẬN VĂN THẠC SĨ... BỘ GIÁ

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

TRƯỜNG ĐẠI HỌC NHA TRANG

HÀ THỊ DUNG

NGHIÊN CỨU CHIẾT TÁCH ACID PHYTIC

TỪ CÁM GẠO VÀ ỨNG DỤNG CHỐNG OXY HÓA LIPID

TRONG THỊT CÁ XAY

LUẬN VĂN THẠC SĨ

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

TRƯỜNG ĐẠI HỌC NHA TRANG

HÀ THỊ DUNG

NGHIÊN CỨU CHIẾT TÁCH ACID PHYTIC

TỪ CÁM GẠO VÀ ỨNG DỤNG CHỐNG OXY HÓA LIPID

Người hướng dẫn khoa học:

TS HUỲNH NGUYỄN DUY BẢO

Chủ tịch hội đồng:

PGS.TS TRANG SĨ TRUNG

Khoa Sau đại học

KHÁNH HÒA - 2015

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan mọi kết quảcủa đềtài: “Nghiên cứu chiết tách acid phytic từ

cám gạo và ứng dụng chống oxy hóa lipid trong thịt cá xay”là công trình nghiên cứu

của cá nhân tôi và chưa từng được công bố trong bất cứ công trình khoa học nào khác cho tới thời điểm này

Nha Trang, Ngày 20 tháng 12 năm 2015

Tác giả luận văn

Hà Thị Dung

LỜI CẢM ƠN

Trong suốt thời gian thực hiện đề tài, tôi đã nhận được sự giúp đỡ của quý phòng ban trường Đại học Nha Trang đã tạo điều kiện tốt nhất cho tôi được hoàn thành đề tài Đặc biệt là sự hướng dẫn tận tình của TS Huỳnh Nguyễn Duy Bảo đã giúp tôi hoàn thành tốt đề tài Qua đây, tôi xin gửi lời cảm ơn sâu sắc đến sự giúp đỡ này

Tôi xin chân thành cảm ơn quý thầy cô Khoa Công Nghệ Thực Phẩm và đặc biệt

là Bộ Môn Công Nghệ Sau Thu Hoạch đã tận tình truyền đạt kiến thức cho tôi trong suốt khóa học

Tôi xin chân thành cảm ơn Trung tâm Thí nghiệm Thực hành, Trường Đại học Nha Trang đã luôn giúp đỡ về chuyên môn và thiết bị thí nghiệm

Cuối cùng tôi xin gửi lời cảm ơn chân thành đến gia đình và tất cả bạn bè đã giúp

đỡ, động viên tôi trong suốt quá trình học tập và thực hiện đề tài

Tôi xin chân thành cảm ơn!

Nha Trang, ngày 20 tháng 12 năm 2015

Tác giả luận văn

Hà Thị Dung

MỤC LỤC

Trang

LỜI CAM ĐOAN iii

LỜI CẢM ƠN iv

MỤC LỤC v

DANH MỤC BẢNG ix

TRÍCH YẾU LUẬN VĂN xii

MỞ ĐẦU xiv

CHƯƠNG 1:TỔNG QUAN 1

1.1 Acid phytic và dạng tồn tại của acid phytic trong cám gạo 1

1.1.1 Đặc điểm cấu tạo và nguồn gốc tự nhiên của acid phytic ……… 1

1.1.2 Vai trò cuả acid phytic……… 2

1.1.3 Tác dụng chống oxy hóa của acid phytic……… 3

1.1.4 Ứng dụng của acid phytic……… 4

1.2 Cám gạo và phương pháp chiết tách acid phytic từ cám gạo 5

1.2.1 Đặc điểm và công dụng của cám gạo……… 5

1.2.2 Phương pháp chiết tách acid phytic từ cám gạo bằng dung môi và các yếu tố ảnh hưởng đến hiệu quả tách chiết……… 7

1.2.2.1.Khái niệm……… 7

1.2.2.2 Bản chất của quá trình chiết tách ……… 7

1.2.2.3 Một số phương pháp chiết tách acid phytic từ cám gạo……….8

1.3 Một số nghiên cứu trong và ngoài nước về chiết tách và xác định hàm lượng acid phytic 11

1.4 Tổng quan về bảo quản lạnh thủy sản 15

1.4.1 Cơ sở bảo quản lạnh thủy sản……… 15

1.4.2 Các phương pháp bảo quản lạnh thủy sản ……… 16

1.4.3 Những biến đổi của động vật thủy sản trong quá trình bảo quản lạnh……… 17

1.5 Cá tra và những biến đổi oxy hóa lipid chất béo 19

1.5.1 Cá tra………19

1.5.2 Quá trình oxy hóa lipid chất béo……… 20 1.5.3 Một số nghiên cứu ứng dụng khả năng chống oxy hóa của acid phytic trong

CHƯƠNG 2: ĐỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 25

2.1.Nguyên liệu và hóa chất sử dụng 25

2.1.1 Nguyên liệu……… 25

2.1.2 Hóa chất sử dụng……….25

2.2 Phương pháp nghiên cứu 25

2.2.1 Phương pháp thu mẫu và xử lý mẫu………25

2.2.2 Sơ đồ nghiên cứu tổng quát……….26

2.2.3.Xác định thành phần hóa học cơ bản của cám gạo ………27

2.2.4 Xác định loại dung môi và điều kiện thích hợp để chiết tách acid phytic từ cám gạo tám……… 27

2.2.4.1.Quy trình dự kiến chiết tách acid phytic từ cám gạo……… 27

2.2.4.2.Bố trí thí nghiệm xác định điều kiện thích hợp để chiết tách acid phytic từ cám gạo bằng dung môi HCl loãng……… 28

2.2.4.3 Bố trí thí nghiệm xác định điều kiện thích hợp để chiết tách acid phytic từ cám gạo bằng dung môi H2SO4 loãng……… 30

2.2.4.4 Bố trí thí nghiệm xác định điều kiện thích hợp để chiết tách acid phytic từ cám gạo bằng dung môi TCA loãng……….… 33

2.2.4.5 Lựa chọn dung môi thích hợp cho chiết tách acid phytic từ cám gạo tám……… 35

2.2.4.6 Xác định điều kiện thích hợp để chiết tách acid phytic từ cám gạo bằng dung môi thích hợp với sự hỗ trợ của siêu âm……… 35

2.2.5 Đánh giá hoạt tính chống oxy hóa của dịch chiết acid phytic từ cám gạo… 37

2.2.6.Ứng dụng chống oxy hóa lipid cho thịt cá tra xay bằng dịch chiết acid phytic từ cám gạo……… ……… 38

2.3 Các phương pháp phân tích 40

2.3.1 Xác định thành phần hóa học cơ bản của cám gạo tám, thịt cá xay…………40

2.3.2 Phương pháp xác định hàm lượng acid phytic………40

2.3.3 Phương pháp đánh giá khả năng chống oxy hóa của acid phytic………40

2.3.4 Phương pháp đánh giá khả năng chống oxy hóa lipid trong thịt cá xay của acid phytic……… 40

2.4 Phương pháp xử lý số liệu 40

CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN 41

3.1.Thành phần hóa học cơ bản của cám gạo tám 41 3.2 Xác định loại dung môi và điều kiện thích hợp để chiết tách acicd phytic từ cám gạo 41 3.2.1 Xác định điều kiện thích hợp để chiết tách acid phytic từ cám gạo bằng dung môi acid HCl loãng………41 3.2.2 Xác định điều kiện thích hợp để chiết tách acid phytic từ cám gạo bằng dung môi acid H2SO4 loãng………45 3.2.3 Xác định điều kiện thích hợp để chiết tách acid phytic từ cám gạo bằng dung môi acid TCA loãng ……… 47 3.2.4 Lựa chọn dung môi thích hợp cho chiết tách acid phytic ………50 3.2.5 Xác định điều kiện thích hợp để chiết tách acid phytic từ cám gạo bằng dung môi acid HCl loãng có sự hỗ trợ của siêu âm 52 3.3 Đề xuất quy trình chiết tách acid phytic từ cám gạo 55 3.4 Đánh giá hoạt tính chống oxy hóa của acid phytic chiết tách từ cám gạo 58 3.4.1 Khả năng khử gốc tự do DPPH của acid phytic chiết từ cám gạo tám………58 3.4.2.Khả năng khử hydroperoxide của acid phytic chiết từ cám gạo tám…………59 3.4.3 Phân tích hoạt tính chống oxy hóa của acid phytic chiết từ cám gạo tám bằng

mô hình phản ứng fenton trong hệlipid/myoglobin/H2O2……… 60 3.4.4.Khả năng chống oxy hóa của acid phytic chiết từ cám gạo bằng phương pháp Ferric Thiocyanate (FTC)……… 62 3.5 Ảnh hưởng của bổ sung acid phyticdịch chiết acid phytic từ cám gạo tám đến sự oxy hóa lipid trong thịt cá tra xay trong quá trình bảo quản lạnh 65 3.5.1 Thành phần hóa học của thịt cá tra……… 65 3.5.2 Ảnh hưởng của bổ sung dịch chiết acid phytic từ cám gạo tám đến sự biến đổi thịt cá tra xay trong quá trình bảo quản lạnh……….66 3.5.3 Ảnh hưởng của bổ sung dịch chiết acid phytic từ cám gạo tám đến hàm lượng lipid của các mẫu trước và sau quá trình bảo quản ……… 69 3.5.4.Ảnh hưởng của bổ sung dịch chiết acid phytic từ cám gạo tám đến chỉ số TBARS của các mẫu thịt cá tra xay trong quá trình bảo quản lạnh……… 71 3.5.5.Ảnh hưởng của bổ sung dịch chiết acid phytic từ cám gạo tám đến chỉ số peroxyt của thịt cá tra xay trong quá trình bảo quản lạnh ………74 KẾT LUẬN VÀ KHUYẾN NGHỊ 76

DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT

AOAC :AssociationofOfficialAnalytical Chemists

AOCS : American Oil Chemist’s Society

HESO : Hydroperoxyde-enriched soybean oil

HPLC : High Performance Liquid Chromatography

TBARS : Thiobarbituric acid reactive substances

Thuốc thử Wade : Hỗn hợp bao gồm 0.15 g FeCl3·6H2O và 1.5 g sulphosalicylic

acid trong 500 mL nước

TCVN : Tiêu chuẩn Việt Nam

DANH MỤC BẢNG

Bảng 1.1 Ứng dụng của siêu âm năng lượng cao trong ngành công nghiệp thực phẩm 9

Bảng 1.2 Ảnh hưởng của nhiệt độ đến hoạt động của enzyme lipase 18

Bảng 1.3 Ảnh hưởng của nhiệt độ đến thời gian sinh trưởng của vi sinh vật 19

Bảng 1.4 Thành phần hóa học của cá tra 19

Bảng 1.5 Thành phần dinh dưỡng, phần ăn được của cá tra và cá basa 19

Bảng 3.1 Thành phần hóa học cơ bản của cám gạo tám 41

Bảng 3.2 Kết quả so sánh hàm lượng acid phytic thu được theo hai phương pháp siêu âm và không siêu âm 55

Bảng 3.3 Kết quả đánh giá khả năng chống oxy hóa của dịch chiết acid phytic chiết từ cám gạo dựa vào phương pháp FTC 63

Bảng 3.4 Kết quả đánh giá khả năng chống oxy hóa của acid phytic chuẩn dựa vào phương pháp FTC 63

Bảng 3.5 Thành phần hóa học cơ bản của thịt cá tra 65

DANH MỤC HÌNH

Hình 1.1 Cấu trúc của acid phytic 1

Hình 1.2 Dạng tồn tại phức hợp của acid phytic trong thực vật (phytate) 2

Hình 1.3 Cấu tạo hạt thóc 6

Hình 1.4 Cám gạo 6

Hình 2.1 Cám gạo tám 25

Hình 2.2 Hình ảnh cá tra 25

Hình 2.3 Sơ đồ nghiên cứu tổng quát của đề tài 26

Hình 2.4 Sơ đồ nghiên cứu quy trình tách chiết acid phytic từ cám gạo dự kiến 28

Hình 2.5 Sơ đồ bố trí thí nghiệm xác định điều kiện thích hợp để chiết tách acid phytic từ cám gạo bằng dung môi HCl loãng 29

Hình 2.6 Sơ đồ bố trí thí nghiệm xác định điều kiện thích hợp để chiết tách acid phytic từ cám gạo bằng dung môi H2SO4 loãng 31

Hình 2.7 Sơ đồ bố trí thí nghiệm xác định điều kiện thích hợp để chiết tách acid phytic từ cám gạo bằng dung môi TCA loãng 33

Hình 2.8 Sơ đồ bố trí thí xác định điều kiện thích hợp để chiết tách acid phytic từ cám gạo bằng dung môi thích hợp với sự hỗ trợ của siêu âm 36

Hình 2.9 Sơ đồ bố trí thí nghiệm đánh giá hoạt tính chống oxy hóa của dịch chiết acid phytic từ cám gạo và acid phytic chuẩn 38

Hình 2.10 Sơ đồ bố trí thí nghiệm khả năng chống oxy hóa lipid của dịch chiết acid phytic từ cám gạo trong bảo quản thịt cá tra xay 39

Hình 3.1.Ảnh hưởng của tỷ lệ dung môi/ nguyên liệu (a), nồng độ dung dịch HCl (b); nhiệt độ (c) và thời gian chiết (d) đến hàm lượng acid phytic 42

Hình 3.2.Ảnh hưởng của tỷ lệ dung môi/ nguyên liệu (a), nồng độ dung dịch H2SO4 (b); nhiệt độ (c) và thời gian chiết(d) đến hàm lượng acid phytic 45

Hình 3.3.Ảnh hưởng của tỷ lệ dung môi/ nguyên liệu (a), nồng độ dung dịch TCA (b); nhiệt độ (c) và thời gian chiết(d) đến hàm lượng acid phytic 48

Hình 3.4 Hàm lượng acid phytic chiết tách được từ cám gạo tám bằng dung môi HCl, H2SO4và TCA ở điều kiện chiết thích hợp của mỗi dung môi 51

Hình 3.5.Ảnh hưởng của tỷ lệ dung môi/ nguyên liệu (a), nồng độ dung dịch HCl (b); nhiệt độ (c) và thời gian siêu âm(d) đến hàm lượng acid phytic 53

Hình 3.6 Sơ đồ quy trình chiết tách acid phytic từ cám gạo 56 Hình 3.7 Khả năng khử gốc tự do DPPH của acid phytic chiết từ cám gạo tám và acid

phytic chuẩn 58 Hình 3.8 Khả năng khử H2O2 của PA chiết tách từ cám gạo và PA chuẩn 59 Hình 3.9 Hoạt tính chống oxy hóa của dịch chiết acid phytic chiết từ cám gạo và acid

phytic chuẩn phân tích dựa vào mô hình phản ứng fenton trong hệ lipid/myoglobin/H2O2 61 Hình 3.10 Ảnh hưởng của bổ sung acid phytic đến sự biến đổi cảm quan của thịt cá tra

xay trong quá trình bảo quản lạnh 66 Hình 3.11 Hình ảnh các mẫu thịt cá trước và sau 9 ngày bảo quản 68 Hình 3.12 Ảnh hưởng của bổ sung acid phytic đến sự biến hàm lượng lipid của thịt cá

tra trước và sau 9 ngày bảo quản 70 Hình 3.13 Ảnh hưởng của bổ sung acid phytic đến sự biến đổi chỉ số TBARS của thịt cá

tra xay trong quá trình bảo quản lạnh 72 Hình 3.14 Ảnh hưởng của bổ sung acid phytic đến sự biến đổi chỉ số peroxyt (PV) của

thịt cá tra xay trong quá trình bảo quản lạnh 74

TRÍCH YẾU LUẬN VĂN

Acid phytic (được gọi là inositol hexakisphosphate, IP6) là một acid hữu cơ chiết xuất từ cám gạo và các loại ngũ cốc Acid phytic có khả năng liên kết chặt chẽ với các ion kim loại nên ức chế được hoạt động xúc tác phản ứng oxy hóa của các kim loại chuyển tiếp hoá trị hai Trong thực phẩm, acid phytic được sử dụng bổ sung vào thực phẩm để ngăn chặn sự oxy hóa lipid và những biến đổi gây hư hỏng do oxy hóa, chẳng hạn nhưsự biến màu, sự biến mùi, tổn thất chất dinh dưỡng và các mối nguy về an toàn thực phẩm Acid phytic có chứa trong nhiều loại nguyên liệu rẻ tiền như cám gạo, vừng, đậu…Nhưng việc

thu nhận và ứng dụng chưa được phổ biến Do đó, đề tài: “Nghiên cứu chiết tách acid

phytic từ cám gạo và ứng dụng chống oxy hóa lipid trong thịt cá xay” là điều cần thiết

Mục tiêu của đề tài chính là xây dựng được quy trình thích hợp chiết tách acid phytic

từ cám gạo sau đó thử nghiệm khả năng chống oxy hóa lipid trong thịt cá xay của acid phytic chiết tách từ cám gạo

Cám gạo được đem chiết với từng loại dung môi acid loãng như HCl, H2SO4, TCA với các điều kiện chiết khác nhau như ở tỷ lệ dung môi/ nguyên liêu, nồng độ mỗi dung môi, nhiệt độ và thời gian chiết để thu được hàm lượng acid phytic cao nhất Từ đó lựa chọn các thông số chiết thích hợp nhất đối với từng loại dung môi So sánh hàm lượng acid phytic thu được của từng loại dung môi, chọn ra dung môi chiết thích hợp Tiến hành quy trình chiết với dung môi thích hợp kết hợp với sự hỗ trợ của siêu âm để thu được dịch chiết với hàm lượng acid phytic cao nhất Đánh giá khả năng chống oxy hóa của dịch chiết acid phytic từ cám gạo so sánh với acid phytic chuẩn ở cùng nồng độ qua các phương pháp khử gốc tự do DPPH, khả năng khử H202, mô hình phản ứng fenton trong hệ lipid/myoglobin/H202 và phương pháp FTC Sau đó, thử nghiệm khả năng chống oxy hóa lipid trong thịt cá xay của dịch chiết acid phytic từ cám gạo

Kết quả nghiên cứu đã xác định được thành phần hóa học cơ bản của cám gạo tám là hàm lượng ẩm đạt 12,3%, hàm lượng tro, protein, glucid và lipid lần lượt là 8,2%; 13,1%; 2,1% và 19,8% và hàm lượng khoáng P là 1,67% Hàm lượng acid phytic cao nhất đạt 1,33

± 0,05 g/100g khi sử dụng dung môi chiết là HCl có sự hỗ trợ của siêu âm với điều kiện chiết thích hợp là nồng độ dung môi chiết HCl là 2,5%, tỉ lệ dung môi/nguyên liệu là 15/1ml/g, nhiệt độ chiết là 40oC và thời gian chiết là 20 phút Từ đó xây dựng quy trình chiết tách acid phytic với các điều kiện thích hợp trên

Qua các phương pháp đánh giá hoạt tính chống oxy hóa của dịch chiết acid phytic từ cám gạo, cho thấy dịch chiết acid phytic có khả năng khử gốc tự do DPPH Nồng độ dịch chiết acid phytic tăng dần thì khả năng khử gốc tự do DPPH cũng tăng dần và ở nồng độ dịch chiết acid phytic từ cám gạo 1mg/ml cho khả năng khử DPPH

là 44,04 % thấp hơn so với acid phytic chuẩn (46,07%) Khả năng khử khử H2O2 của mẫu dịch chiết acid phytic từ cám gạo là 63,5% và 69,45% đối với mẫu acid phytic chuẩn Hoạt tính chống oxy hóa của acid phytic chiết từ cám gạo bằng mô hình phản ứng fenton trong hệ lipid/myoglobin/H2O2 là 72,4% Với phương pháp khử FTC thì hoạt tính chống oxy hóa tăng dần theo thời gian kiểm tra mẫu

Bước đầu nghiên cứu thử nghiệm ảnh hưởng của nồng độ dịch chiết acid phytic từ cám gạo từ 0,1÷0,3mM đến khả năng chống oxy hóa lipid trong thịt cá xay bảo quản lạnh Kết quả thịt cá tra vẫn giữ được chất lượng tươi nguyên trong thời gian bảo quản lạnh đến 9 ngày và chỉ số biểu hiện khả năng oxy hóa của chất béo thịt cá tra (lipid tổng, PV, TBARS) giảm đi đáng kể so với mẫu đối chứng không xử lý dịch chiết Phương pháp đánh giá cảm quan chất lượng thịt cá giữa các mẫu có và không phối trộn chất chống oxy hóa

Những kết quả đạt được trong nghiên cứu này góp phần nâng cao giá trị cho việc sử dụng cám gạo, thu nhận thêm được chất chống oxy hóa tự nhiên có nhiều hoạt tính sinh học ít được biết đến như acid phytic Kết quả còn mở ra tiềm năng có thể ứng dụng dịch chiết acid phytic từ cám gạo có hoạt tính chống oxy hóa trong lĩnh vực chế biến và bảo quản thực phẩm thủy sản

Từnhững kết quả đạt được cần nghiên cứu tinh sạch acid phytic từ cám gạo hơn nữa bằng cách áp dụng các phương pháp hiện đại như sắc ký, trao đổi ion…Có thể nghiên cứu hàm lượng acid phytic ở nhiều loại nguyên liệu khác nhau Cần thực hiện thêm phân tích chỉ tiêu hóa lý, chỉ tiêu vi sinh của sản phẩm thịt cá tra trong thời gian bảo quản để có thể đánh giá tổng thể ảnh hưởng của quá trình xử lý cá tra với dịch chiết đối với chất lượng cá tra bảo quản

Từ khóa: chiết tách acid phytic, cám gạo, chống oxy hóa, cá tra

MỞ ĐẦU

1 Tính cấp thiết của đề tài

Theo dự báo của Tổ chức Nông lương Liên Hợp Quốc (FAO), sản lượng lúa 2015 của Việt Nam đạt 44,68 triệu tấn (28,8 triệu tấn gạo) Theo đó, Việt Nam sẽ đứng thứ hai trong danh sách các nước xuất khẩu gạo hàng đầu thế giới Cùng với sự tăng lên của sản lượng gạo thì lượng cám thu được trong quá trình xay xát gạo cũng tăng lên Hiện nay, cám gạo được sử dụng chủ yếu làm thức ăn chăn nuôi và khai thác dầu Trong cám chứa nhiều thành phần dinh dưỡng như protein (>12%), lipid (15-22%), sắt (>14%), tocotrienols, tocopherols, oryzanol, vitamin và phytic Ngoài ra, một số vitamin trong cám như vitamin B1, B6 và acid folic rất cần thiết cho sự phát triển của trẻ em Những nghiên cứu mới đây tìm thấy trong cám gạo có chứa một lượng acid phytic rất cao (chiếm tới 5-6%khối lượng trong cám) Acid phytic là một chất tự nhiên có hoạt tính chống oxy hóa, tồn tại dưới dạng muối với các cation kim loại như Fe3+, Ca2+; Zn2+… nên có tính ổn định Acid phytic có khả năng liên kết chặt chẽ với các ion kim loại nên ức chế được hoạt động xúc tác phản ứng oxy hóa của các

kim loại chuyển tiếp hoá trị hai Một số nghiên cứu invitro chứng minh rằng, acid

phytic làm giảm phát triển các dòng tế bào khác nhau như tế bào tế bào ung thư ruột kết, erythroleukemia vàtế bào ung thư vú ở người Trong ngũ cốc, acid phytic đóng vai trò ngăn chặn phản ứng oxy hóa xảy ra trong hạt giống, bảo vệ hạt giống không nảy mầm trong thời gian bảo quản Trong thực phẩm, acid phyticđược sử dụng bổ sung vào thực phẩm để ngăn chặn sự oxy hóa lipid và những biến đổi gây hư hỏng do oxy hóa, chẳng hạn nhưsự biến màu, sự biến mùi, tổn thất chất dinh dưỡng và các mối nguy về an toàn thực phẩm Do đó, acid phytic là một chất chống oxy hóa tự nhiên được ứng dụng rất tốt cho việc bảo quản các loại nguyên liệu và thực phẩm giàu chất béo

Tóm lại, acid phytic là một hoạt chất sinh học tự nhiên không chỉ có tác dụng chống oxy hóa, mà còn có tác dụng chống ung thư các tế bào ruột kết, chống lão hóa

và giảm một số bệnh về đường ruôt Acid phytic có chứa trong nhiều loại nguyên liệu

rẻ tiền như cám gạo, vừng, đậu Nhưng việc thu nhận vàứng dụng chưa được phổ

biến.Chính vì những lý do trên mà đề tài: “Nghiên cứu chiết tách acid phytic từ cám

gạo và ứng dụng chống oxy hóa lipid trongthịt cá xay” là điều cần thiết.

2 Mục tiêu

- Xây dựng quy trình chiết tách acid phytictừ cám gạo

- Ứng dụng acid phytic vào chống oxy hóa lipid trong thịt cá xaybảo quản lạnh

3 Nội dung nghiên cứu

- Nghiên cứu xác định các thông số thích hợp cho quá trình chiết tách acid phytic từ cám gạo

- Chiết tách acid phytic theo quy trình chiết thích hợp

- Đánh giá khả năng chống oxy hóa của acid phytic thu được

- Đánh giá tác dụng chống oxy hóa lipid của acid phytic trên thịt cá xay sau thời gian bảo quản

4 Ý nghĩa khoa học và ý nghĩa thực tiễn

4.1 Ý nghĩa khoa học

Kết quả nghiên cứu của đề tài là dẫn liệu khoa học về tách chiết acid phytic từ cám gạo và hoạt tính chống oxy hóa của acid phytic Những dẫn liệu này là cơ sở khoa học cho các nghiên cứu tiếp theo sâu hơn và rộng hơn về những công dụng của acid phytic,như nghiên cứu sản xuất, tinh chế và sử dụng làm thực phẩm chức năng cho con người

4.2 Ý nghĩa thực tiễn

Nghiên cứu tách chiết acid phytic sẽ góp phần làm tăng giá trị sử dụng của cám gạo Bên cạnh đó, acid phytic là chất chống oxy hóa tự nhiên nên có thể ứng dụng trong thực phẩm, dược phẩm và trong một số ngành công nghiệp khác

CHƯƠNG 1:TỔNG QUAN 1.1 Acid phytic và dạng tồn tại của acid phytic trong cám gạo

1.1.1 Đặc điểm cấu tạo và nguồn gốc tự nhiên của acid phytic

Công thức phân tử của acid phytic là C6H18O24P6

Trọng lượng phân tử của nó là 660,03

Acid phytic là ester của rượu inositol và acid phosphoric, có công thức phân tử

là myo-inositol 1,2,3,4,5,6 hexakisphotphat (IP6) Inositol hay còn gọi là hexahydroxyclohexan có 9 dạng đồng phân lập thể giống với cấu trúc của glucose Inositol là thành phần của nhiều tế bào photphoglycerid Axit phytictạo phức với những ion kim loại như: canxi (Ca), kẽm (Zn), sắt (Fe), magie (Mg), ngoài ra còn tạo phức với protein thành hợp chất gọi là phytin hay phytate [60] Cấu trúc hóa học của acid phytic rất ổn định, có chứa nhiều nhóm phosphate nên tích điện âm và có khả năng bền trong khoảng pH rộng

Hình 1.1 Cấu trúc của acid phytic [62]

Nhờ sáu liên kết estephosphoric mà acid phytic được coi là nguồn dự trữ các hợp chất phospho chính và cung cấp năng lượng trong các giống cây trồng [30] Ngoài

ra, acid phyticcó tính trơvà rất ổn định nên có vai trò quan trọng trong việc bảo vệ những hạt giống chống lại tác hại của oxy và sắt [30], [31]

Nhờ liên kết tĩnh điện với các amino acyl trong phân tử protein ở pH < 5,0 mà acid phytic có thể ngăn cản một số enzyme hoạt động như polyphenol oxidase, amylase, alcohol dehydrogenase, trypsine, và các enzyme khác Nhờ khả năng liên kết với canxi cao, acid phytic cũng hấp phụ chặt chẽ hydroxyapatite, cấu trúc mạng tinh thể canxiphos-phate (Ca5[PO4]3OH), là nhân tố cấu trúc chính của động vật có xương sống và răng [30]

Acid phytic có trong tất cả các loại ngũ cốc và hạt có dầu, một lượng nhỏ muối phytate được tìm thấy trong củ và một lượng nhỏ trong trái cây và rau quả như dâu và đậu xanh Hàm lượng acid phytic trong các loại ngũ cốc khoảng từ 0,5-5% theo khối lượng chất khô [31], [39] Tùy từng loại nguyên liệu mà hàm lượng acid phytic khác nhau, phụ thuộc vào điều kiện phát triển, kỹ thuật thu hoạch, phương pháp chế biến, phương pháp kiểm tra, vị trí lưu trữ Ví dụ như trong ngô có đến 90% lượng phytate tồn tại ở mầm hạt, một số loại hạt lại có tới 80% lượng phytate có trong lớp aleurone, trong khi nội nhũ gần như không chứa phytate Trong hạt có dầu như hạt hướng dương, đậu nành, hạt mè thì hàm lượng acid phytic trong khoảng từ 1 - 5,4% khối lượng chất khô Trong đậu nành có hàm lượng phytate lên tới 10,7% Một số loại hạt khác có hàm lượng acid phytic từ 0,1 – 9,4% như hạt dẻ, hạnh nhân, hat điều [27]

Hình 1.2 Dạng tồn tại phức hợp của acid phytic trong thực vật (phytate)[62] 1.1.2 Vai trò cuả acid phytic

- Ảnh hưởng của axit phytic đối với con người và vật nuôi

Hiện nay, các nghiên cứu khoa học đã chỉ ra rằng chế độ ăn uống chứa nhiều acid phytic có nhiềuđặc tính có lợicho phòng chống ung thư, chống oxy hóa và chống quá trình vôi hóa Một số nghiên cứu cũng cho thấy việc ăn nhiều ngũ cốc có hàm lượng acid phytic cao sẽ làm giảm sự hấp thụ các chất khoáng hay các nguyên tố vi lượng qua đường ruột của cơ thể con người và vật nuôi do đó ức chế khả năng sinh ung thư đại tràng, ruột, sỏi thận [25] Ngoài ra, khả năng liên kết của acid phytic với các ion kim loại hóa trị cao sẽ làm giảm sự lão hóa cơ thể do ức chế được sự hình thành gốc tự do Vì vậy mà acid phytic còn được nghiên cứu như một thực phẩm chức năng

Mức độ tiêu thụ phytate ở người có sự khác biệt mạnh mẽ giữa các nước, các

độ tuổi, giới tính… tùy thuộc vào loại thực phẩm tiêu thụ, phương thức chế biến khác

bữa ăn mỗi ngày Tại các nước đang phát triển, lượng tiêu thụ phytate hàng ngày của

cơ thể có thể lên đến 2g [27] Vì vậy, việc cân đối nhu cầu sử dụng các loại thức ăn giúp cơ thể phát triển khỏe mạnh là điều cần thiết

- Acid phytic đối với cây trồng

Acid phytic là nguồn dự trữ photpho chính trong cơ thể thực vật nên có vai trò

rõ nhất là giúp bảo quản hạt giống ít bị hư hỏng, là nơi dự trữ inositol, photphate, K,

Mg, Ca, Mn, Fe và Zn cho mầm cây [53] Khi cây mầm cần phát triển, Những hợp chất dự trữ này sẽ được giải phóng nhờ hoạt động của phytase Vai trò thứ hai là nó điều khiển lượng photphate vô cơ cả ở hạt đang phát triển và cây mầm [30]

1.1.3 Tác dụng chống oxy hóa của acid phytic

a Định nghĩa chất chống oxy hóa

Chất chống oxy hóa là những chất có khả năng trung hòa các gốc tự do, giúp ngăn chặn hoặc làm chậm quá trình oxy hóa chất khác, làm giảm tác dụng của các quá trình oxy hóa nguy hiểm bằng cách liên kết với nhau và với các phân tử có hại giảm

sức mạnh phá hủy của chúng [11]

b Chức năng chống oxy hóa của acid phytic

Acid phytic là một chất chống oxy hóa tự nhiên có tác dụng ngăn quá trình phá hủy trên bằng cách khử đi các gốc tự do kìm hãm sự oxy hóa bằng cách oxy hóa chính chúng Acid phytic có khả năng ức chế sự hình thành gốc hydroxyl (OH*) tự do, hoặc tạo phức càng với các ion kim loại ở phản ứng trung gian làm cho các kim loại xúc tác bị trơ

và cho các electron thừa của chúng cho các gốc tự do biến các gốc tự do thành những phân tử cân bằng, làm mất đi tính ổn định, tính dễ phản ứng với các phân tử khác của các gốc tự do Nghiên cứu của Gaf và cộng sự [30] cho thấy sắt đóng vai trò quan trọng trong phản ứng chuyển hóa như tham gia xúc tác phản ứng oxi hóa khử của kim loại, do đó acid phytic sẽ có khả năng vô hoạt các hợp chất chứa kim loại có hoạt động xúc tác Trong các hạt giống cây trồng, acid phytic giúp làm giảm quá trình oxy hóa, giữ cho bảo quản hạt giống được tốt và lâu hơn Trong chế độ ăn của con người, acid phytic liên kết chặt chẽ với các ion kim loại đa hóa trị như sắt (Fe3+), magie (Mg2+ ), canxi (Ca2+), kẽm (Zn2+) tạo thành muối phytate rất trơ và ổn định, bền trong mọi giá trị pH nên làm giảm nguy cơ ung thư đại tràng và một số bệnh viêm đường ruột khác cũng như kéo dài thời gian sử dụng sản phẩm Ngoài ra, các nhóm inositol phosphate đóng vai trò trung gian trong các phản ứng của tế bào và có vai trò trong hệ thống dẫn truyền thứ hai của cơ thể Acid phytic có

trong thức ăn sẽ liên kết với các ion kim loại khơi mào cho phản ứng oxy hóa lipid, ức chế sự peroxy hóa lipid và hư hỏng oxy hóa đồng thời, chẳng hạn như sự đổi màu, sự thối rữa Nó cũng được sử dụng như một chất chống oxy hóa trong nhiều ứng dụng công

nghiệp khác như ức chế sự ăn mòn kim loại [30-34]

1.1.4 Ứng dụng của acid phytic

Acid phytic được ứng dụng chính dựa trên chức năng chống oxy hóa

a Ứng dụng của acid phytic trong ngành công nghệ thực phẩm

- Acid phytic được sử dụng như là một chất bảo quản thực phẩm [30], [31]

Nhiều loại thực phẩm là cực kỳ nhạy cảm với quá trình oxy hóa bởi O2 không khído hàm lượng chất béo không bão hòacao Nồng độ oxy cao hơn 1% trong khoảngkhông đầu hộp đựng thức ăn có thể gây ra các phản ứng thay đổi không mong muốn như sự đổi màu, thay đổi hương vị, tổn thất dinh dưỡngvà các mối nguy hiểm an toàn vệ sinh Vì vậy, để giảm những ảnh hưởng này cần loại bỏ oxy trong quá trình bao gói hoặc bổ sung thêm chất chống oxy hóa như sử dụng acid phytic Hiên nay, aicd phytic được sản xuất với số lượng quy mô lớn ở Tsuno Rice Fine Chemicals (Mỹ) cho việc bảo quản đậu nành, dầu đậu nành, thịt, bột cá, các chất màu, trứng cá muối, rau quả tươi, và các loại thực phẩm khác Acid phytic cũng đã được ứng dụng để bảo quản nguyên liệu thực phẩm như thịt, gà, cá, thịt bò…[21] và có tác dụng chống oxy hóa lipid, giữ được hương vị sản phẩm ít nhất 24 giờ [30] Acid phytic trong ngũ cốc đóng một vai trò quan trọng trong việc ức chế quá trình oxy hóa diễn ra trong quá trình bảo quản [57]

- Acid phytic loại bỏ kim loại từ rượu vang và đồ uống

Các kim loại nặng đa hóa trị như sắt khi có mặt ở nồng độ cao trong rượu vang

và đồ uống khác có thể gây tác động tiêu cực đến chất lượng sản phẩm Chúng có thể gây ra các thuộc tính phản ứng mạnh như sự đổi màu, thay đổi hương vị do bị oxy hóa, cũng như các khí hình thành và vẩn đục Do đó, acid phytic được sử dụng để loại bỏ các kim loại nặng có trong nước bia, rượu

b Ứng dụng trong y học

Acid phytic là một chất ức chế mạnh mẽ các chất sinh ung thư đại tràng Acid phytic liên kết chặt chẽ với các ion kim loại đa hóa trị nên ức chế các chất xúc tác trung gian của sự hình thành oxy hoá và cắt mạch ADN [30] Sự ức chế enzyme amylase của acid phytic cũng làm giảm tỷ lệ phản ứng máu đường và có thể chứng

Acid phytic được chứng minh là một chất chống ung thư có tiềm năng, chỉ ảnh hưởng đến các tế bào ác tính và không ảnh hưởng đến các tế bào bình thường và các

mô Khả năng liên kết acid phytic với các chất khoáng có tác dụng hạ huyết thanh cholesterol, chất béo trung tính và ức chế quá trình oxy hóa sắt qua các phản ứng trung gian Ngoài ra, acid phytic có đặc tính chống ung thư trong mô mềm, ruột kết, tuyến tiền liệt, di căn và ung thư vú [53]

Hiện nay, một số thí nghiệm về ảnh hưởng của hàm lượng phytate trong việc hỗ trợ các thuốc chống ung thư, Jariwalla và cộng sự cho thấy một chế độ ăn có chứa 12% hàm lượng phytate có thể ức chế oxitmagie gây phát triển khối u trên chuột [30] Acid phytic có thể tăng tốc độ lên men và sản lượng của thuốc kháng sinh gentamycin

và glycoside amin

c Một số ứng dụng khác

Trong công nghiệp nặng, acid phytic được dùng để phủ trên bề mặt kim loại và hợp kim không chỉ bảo vệ kim loại tránh hiện tượng oxy hóa mà còn cải thiện liên kết hữu cơ của nó.Các sản phẩm sơn lót và sơn phụ gia có chứa axit phytic giúp cải thiện tính linh hoạt, độ cứng, độ bám dính, và chống ăn mòn Trong ngành công nghiệp dệt may: sản phẩm axit phytic có thể sử dụng như chất xúc tác cho ngành dệt chống nếp nhăn và hoạt động như chất chống cháy cho các sản phẩm lụa, cotton Trong sản xuất nhựa polyurethane, thêm một lượng nhỏ acid phytic có thể đẩy nhanh tốc độ đóng rắn

và sau đó nâng cao chất lượng sản phẩm

1.2 Cám gạo và phương pháp chiết tách acid phytic từ cám gạo

1.2.1 Đặc điểm và công dụng của cám gạo

Cám gạo là một trong những nguyên liệu còn lại thu được sau khi xay xát thóc thường chiếm khoảng 10% trọng lượng hạt thóc Cám gạo được hình thành từ lớp vỏ nội nhũ, mầm phôi của hạt, cũng như một phần từ tấm Cám gạo có màu sáng và mùi thơm đặc trưng Thành phần hóa học và giá trị dinh dưỡng của cám gạo biến động rất

lớn, phụ thuộc nhiều vào kỹ thuật xay xát gạo [16]

Tỷ lệ protein trong cám gạo mịn có thể đạt 12 - 14% Lượng protein thô ở cám gạo cao hơn so với ở bắp hạt (chỉ đạt 8,3%) Cám gạo có lượng phốt pho khá cao nhưng trên 50% là ở dạng phytate Động vật có dạ dày đơn khó tiêu hóa chất này do không sản xuất đủ lượng enzyme phytase nội sinh cần thiết

Hình 1.3 Cấu tạo hạt thóc [16] Hình 1.4 Cám gạo

Công dụng của cám gạo

Nhiều nghiên cứu trên thế giới chứng minh sử dụng cám gạo có lợi cho sức khỏe chống lão hóa, ổn định huyết áp, tăng sức đề kháng, cân bằng đường huyết, điều chỉnh hệ thống nội tiết tố cho người già, hạn chế được sự phát triển của tế bào ung thư Cám gạo là thức ăn cho chăn nuôi cung cấp nhiều chất dinh dưỡng và vitamin B1 Ngoài ra, cám gạo còn có giá trị như một vị thuốc Theo phân tích khoa học, trong cám gạo chứa rất nhiều các vitamin như B1, B6, acid folic rất cần thiết cho phụ nữ có thai, giúp cho sự phát triển hệ thần kinh của thai nhi Lượng chất béo trong cám gạo rất cao (15-22%), thường dùng chiết xuất dầu cám; chất đạm trên 12%, chất sắt trên 14%

Do đó, cám có thể cung cấp nhiều chất dinh dưỡng, tốt cho sức khỏe con người Người

có triệu chứng đau mỏi bắp chân, tê các đầu chi, gót chân, cổ chân và khớp gối, viêm liệt dây thần kinh, tê phù dùng cám gạo cũng rất tốt

Từ cám còn tách ra được chất chống oxy hóa như acid phytic, tocopherols và tocotrienols, gamma oryzanol …Trong cám còn chứa nhiều vitamin nhóm B, vitamin E , do đó nhiều nước còn dùng cám để sản xuất vitamin [16]

Có thể thấy rằng, ngoài là thức ăn cho chăn nuôi, cám gạo có thể được sử dụng vào các lĩnh vực khác Đây là một nguồn nguyên liệu rẻ và dồi dào với thành phần dinh dưỡng tốt Nếu có thể áp dụng các biện pháp chế biến có kỹ thuật cao hơn, chúng

ta có thể làm tăng giá trị cho cám gạo hơn gấp nhiều lần Do đó, cần có sự quan tâm đối với nguồn nguyên liệu quan trọng này

1.2.2 Phương pháp chiết tách acid phytic từ cám gạo bằng dung môi và các yếu tố ảnh hưởng đến hiệu quả tách chiết

1.2.2.1.Khái niệm

Chiết tách bằng dung môi là quá trình tách và phân ly các chất dựa vào quá trình chuyển một chất hòa tan trong 1 pha lỏng vào một pha lỏng khác không hòa tan với nó nhằm chuyển một lượng nhỏ các nghiên cứu trong một thể tích lớn dung môi này vào 1 thể tích nhỏ dung môi khác nhằm nâng cao nồng độ của chất cần nghiên cứu

và được gọi là chiết làm giàu [3]

Nhược điểm: Lượng dung môi lớn, độc và chi phí cao, thời gian tách chiết dài,

độ chọn lọc không cao

1.2.2.2 Bản chất của quá trình chiết tách

Có 3 quá trình xảy ra đồng thời trong chiết tách [3] là :

 Sự hòa tan của chất tan vào dung môi

 Sự khuếch tán của chất tan vào dung môi

 Sự dịch chuyển của các phân tử chất tan qua vách tế bào thực vật

Khi nguyên liệu và dung môi tiếp xúc với nhau, lúc đầu dung môi thấm vàophần tử của dòng, vì thế gọi là khuếch tán đối lưu Vận tốc khuếch tán trong lớp màng rất chậm so với vận tốc khuếch tán trong nhân của dòng, do đó mặc dù lớp màng rất mỏng nhưng nó vẫn có giá trị quyết định đối với quá trình khuếch tán

Khuếch tán phân tử

Khuếch tán phân tử xày ra trong lớp màng hay trong môi trường đứng yên Động lực của quá trình khuếch tán là gradient nồng độ theo hướng di chuyển, tức là sự biến đổi nồng độ trên một đơn vị đường đi

Vận tốc khuếch tán là lượng vật chất đi qua một đơn vị bề mặt trong một đơn vị thời gian Theo định luật Fick, vận tốc khuếch tán tỷ lệ với gradient nồng độ Hệ số khuếch tán phân tử là lượng vật chất đi qua một đơn vị bề mặt, trong một đơn vị thời gian, khi nồng độ vật chất giảm đi một đơn vị trên một đơn vị chiều dài khuếch tán Hệ

số khuếch tán của một chất đặc trưng cho tính khuếch tán của chất đó trong một môi trường nào đó

Dựa vào biểu thức định luật Fick, ta thấy rằng những yếu tố có ảnh hưởng đến quá trình chiết tách là: độ mịn của nguyên liệu, thời gian chiết, nhiệt độ, dung môi chiết, khuấy trộn, kích thước của phần tử khuếch tán

Khuếch tán đối lưu

Trong quá trình chiết tách, quá trình khuếch tán của chất tan trong dung môi được đặc trưng chủ yếu bằng khuếch tán đối lưu Khuếch tán trong môi trường chất lỏng chuyển động được mô tả bằng phương trình vi phân của khuếch tán đối lưu

Ứng dụng: Trong tế bào nguyên liệu, chất nguyên sinh có tính bán thấm, vì vậy

khi nguyên liệu còn tươi, do tác dụng của chất nguyên sinh mà chỉ cho dung môi được thấm vào tế bào làm cho nguyên liệu bị trương nở, còn chất tan trong tế bào thì không khuếch tán ra ngoài được Do đó trong chiết xuất hợp chất thiên nhiên, người ta phải tìm cách phá hủy chất nguyên sinh bằng nhiệt hoặc bằng cồn để thực hiện quá trình chiết

b Qúa trình thẩm tích

Là quá trình khuếch tán giữa hai pha lỏng qua một màng có tính chất thẩm tích, màng đó không chỉ cho dung môi đi qua mà còn cho cả chất tan đi qua, nhưng chỉ cho qua các chất có phân tử nhỏ

Ứng dụng: Màng tế bào thực vật có tính chất của một màng thẩm tích, do đó khi

chiết nếu tế bào còn nguyên vẹn thì chỉ có chất tan là phân tử nhỏ và ion (phần lớn là hoạt chất) khuếch tán qua màng tế bào, còn các chất có phân tử lớn (thường là chất keo, chất tạp…) thì không qua được màng tế bào nên không bị chiết vào dịch chiết Như vậy có thể coi màng tế bào như một màng lọc có tính chất chọn lọc Đây chính là

ưu điểm của màng tế bào đối với quá trình chiết tách Do đó trong quá trình chiết tách không nên xay quá mịn, vi khi đó màng tế bào bị vỡ, tính chọn lọc của màng không còn, dịch chiết sẽ lẫn nhiều tạp gây khó khăn cho các quá trình nghiên cứu về sau

1.2.2.3 Một số phương pháp chiết tách acid phytic từ cám gạo

a Phương pháp cổ điển [3]

Đây là phương pháp đơn giản nhất và đã có từ lâu đời với các kỹ thuật truyền thống sử dụng soxhlet, shaking, stirring là những kỹ thuật phổ biến được sử dụng để

Ưu điểm:

- Phương pháp đơn giản, dễ thực hiện, thiết bị đơn giản, rẻ tiền

Nhược điểm:

- Sử dụng một lượng dung môi lớn, thường độc, và chi phí cao

- Thời gian chiết kéo dài, độ chọn lọc không cao

- Chiết với nhiệt độ cao và thời gian kéo dài ảnh hưởng chất lượng sản phẩm

b Phương pháp chiết tách với sự hỗ trợ của siêu âm

Siêu âm là sóng cơ học hình thành do sự lan truyền dao động của các phần tử trong không gian có tần số lớn hơn giới hạn trên ngưỡng nghe của con người (16- 20kHz) Ngoài ra, sóng siêu âm có bản chất là sóng dọc hay sóng nén, nghĩa là trong trường siêu âm các phần tử dao động theo phương cùng với phương truyền của sóng Siêu âm là một lĩnh vực đang được nghiên cứu và có tiềm năng phát triển trong ngành công nghệ thực phẩm Sóng siêu âm có tần số từ 20kHz đến trên 25MHz thường được ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực Có 2 lĩnh vực được ứng dụng chính trong công nghiệp thực phẩm [24], [50], [61]

Siêu âm tần số cao và năng lượng thấp: còn được gọi là siêu âm chuẩn đoán, trong khoảng tần số 20 – 60 MHz Phần này được sử dụng như một kỹ thuật phân tích, không làm phá hủy cấu trúc của mẫu, điều này được ứng dụng để xác định tính chất thực phẩm, đo tốc độ dòng chảy, kiểm tra bao gói thực phẩm

Siêu âm tần số thấp và năng lượng cao (2MHz – 10MHz): được ứng dụng rộng rãi như mộtquá trình hỗ trợ trong hàng loạt các lĩnh vực như: kết tinh, sấy, bài khí, trích ly, lọc, đồng hoá, làm mềm thịt, quá trình oxi hoá, quá trình tiệt trùng…

Bảng 1.1 Ứng dụng của siêu âm năng lượng cao trong ngành công nghiệp

thực phẩm [50]

Chiết xuất Gia tăng sự truyền khối của

dung môi, giải phóng nguyên liệu tế bào thực vật (sự phá vỡ bằng xâm thực khí)

Hiệu suất chiết xuất được gia tăng trong dung môi, nước hay hệ thống siêu tới hạn

Lọc Làm xáo trộn các lớp biên Tốc độ lọc được gia tăng, giảm sự

tắc nghẽn Phân riêng Sự kết tụ các thành phần ở các

điểm nút áp suất

Không dung phụ gia hóa học

Thay đổi độ nhớt Điều chỉnh cấu trúc thuận

nghịch và không thuận nghịch qua tác động vi dòng và rung đông

Điều chỉnh về hóa học liên quan đến các cấu trúc ngang

và việc tái cấu trúc

Điều chỉnh không dùng chất hóa học giúp cải thiện các đặc tính chế biến, giảm lượng phụ gia, nhiều công dụng khác

Phá bọt Sóng áp suất trong không khí

gây vỡ bong bóng

Gia tăng sản lượng, giảm lượng hóa chất phá bọt, giảm mất mát trong quá trình đóng chai

Ép đùn Chấn động cơ học, giảm ma

sát

Gia tăng năng suất

Vô hoạt enzyme

và vi khuẩn

Gia tăng truyền nhiệt và lực cắt phá hủy trực tiếp màng tế bào vi khuẩn

Vô hoạt enzyme ở nhiệt độ thấp hơn, giúp cải thiện chất lượng

Lên men Gia tăng vận chuyển cơ chất,

kích thích tế bào sống và enzyme

Gia tắng sản lượng các chất trao đổi, làm nhanh quá trình lên men

Truyền nhiệt Cải thiệ truyền nhiệt quá tác

động dòng chảy và xâm thực khí

Gia tăng truyền nhiệt, làm nhanh

sự gia nhiệt, làm lạnh và sấy sản phẩm ở nhiệt độ thấp

Việc sử dụng siêu âm trong quá trình chiết tách mang lại lợi ích bao gồm sự thẩm thấu tốt hơn của dung môi vào tế bào nguyên liệu, tăng cường sự khuếch tán và cải thiện sự thoát tế bào chất do sự đứt đoạn của thành tế bào Lợi thế của việc sử dụng siêu âm trong quá trình chiết xuất là giảm nhiệt độ và rút ngắn thời gian chiết tách, dẫn đến một dịch chiết tinh khiết hơn

c Một số yếu tố ảnh hưởng đến quá trình chiết tách

- Kích thước nguyên liệu: Kích thước nguyên liệu càng nhỏ thì diện tích bề mặt

tiếp xúc giữa nguyên liệu va dung môi càng lớn Tuy nhiên, nếu kích thước nguyên liệu quá nhỏ, việc phân riêng pha lỏng và pha rắn khi kết thúc quá trình chiết tách sẽ khó khăn hơn [3], [8]

- Nhiệt độ chiết: Khi tăng nhiệt độ chiết, các cấu tử sẽ chuyển động nhanh hơn,

Ngoài ra, khi nhiệt độ tăng, độ nhớt của dung môi sẽ giảm Dung môi dễ dàng xuyên quá lớp nguyên liệu và làm cho diện tích tiếp xúc bề mặt giữa nguyên liệu và dung môi sẽ lớn Tuy nhiên, việc tăng nhiệt độ chiết sẽ làm tăng chi phí năng lượng, đồng thời có thể xảy ra một số phản ứng hóa học không mong muốn trong dịch chiết và sự tổn thất các cấu tử thường sẽ gia tăng [3], [8]

- Thời gian chiết: Khi tăng thời gian chiết thì hiệu suất thu hồi chất chiết sẽ gia

tăng Tuy nhiên, nếu thời gian chiết quá dài thì hiệu suất thu hồi chất chiết sẽ không tăng thêm đáng kể Do đó, cần xác định thời gian chiết tối ưu cho quá trình chiết bằng phương pháp thực nghiệm

- Tỷ lệ khối lượng giữa nguyên liệu và dung môi: Cùng một lượng nguyên

liệu, nếu tăng dung môi sử dụng thì hiệu suất chiết sẽ tăng lên Sự chênh lệch nồng độ của cấu tử cần chiết trong nguyên liệu và dung môi sẽ càng lớn Tuy nhiên, nếu lượng dung môi càng lớn sẽ làm loãng dịch chiết Khi đó, cần phải tiến hành cô đặc hoặc xử

lý dịch chiết bằng phương pháp khác để tách bớt dung môi

1.3 Một số nghiên cứu trong và ngoài nước về chiết tách và xác định hàm lượng acid phytic

a Nghiên cứu ngoài nước

Acid phytic là chủ đề nghiên cứu được phát hiện đầu tiênvào năm 1872 bởi Pfeffer Nhưng mãi đến năm 1969, Johnson và Tate mới xác nhận được một cấu trúc hóa học chính xác của acid phytic là myo-inositol 1,2,3,4,5,6-hexakis [23]

Bằng phương pháp phân tích trao đổi ion, Harland và cộng sự [34] đã xác định được hàm lượng acid phytic trong 10 loại đậu tương dao động từ 0,12 đến 1,63% Talamon và cộng sự [59] thì xác định được hàm lượng acid phytic cao nhất trong mẫu đậu tương là 1,25g/100g khối lượng khô Phesatcha và cộng sự [51] đã cho kết quả nghiên cứu hàm lượng phytic thu được trong mẫu đậu nành và mè đen lần lượt là 1,59g/100g và 1,90g/100g Gía trị hàm lượng acid phytic trong đậu nành cho thấy cao hơn 25-33% so với kết quả xác định acid phytic trong đậu nành trước đây Kwanyuen

và cộng sự [38] đưa ra một phương pháp đơn giản và nhanh chóng để xác định thành phần phytate trong đậu nành và các sản phẩm đậu nành Tác giả thu được hàm lượng acid phytic cao nhất là 11,33 ± 0,11 mg/g khối lượng khô Từ đó, với 340 mẫu khác nhau, hàm lượng phytic được tìm thấy trong khoảng 14,5 đến 25,4 mg/g khối lượng khô

Phương pháp này có thể được phát triển như một phương pháp chuẩn tham khảo để nghiên cứu hàm lượng phytate trong đậu nành và các sản phẩm từ đậu nành

Phillippy và cộng sự [52] đã chiết tách phytates trong khoai tây sống và các sản phẩm từ khoai tây bằng HPLC Kết quả cho thấy hàm lượng các mẫu khoai tây khác nhau bảo quản ở 40C trong 3 tháng dao động từ 0,111% đến 0,269%, và hàm lượng phytate trong ba sản phẩm khoai tây chiên khác nhau là 0,174%, 0,095% và 0,205% ở khối lượng khô Qua đó, tác giả đã xác định được hàm lượng phytate trong các mẫu khoai tây- một chất chống oxy hóa, chống gây ung thư hiệu quả

Adachi và cộng sự [18] nghiên cứu xác định hàm lượng acid phytic trong cám gạo bằng phương pháp so màu Kết qủa nghiên cứu cho thấy hàm lượng acid phytic trong cám gạo có tác dụng loại bỏ Fe3+ rất cao, hiệu quả loại bỏ Fe3+chiếm tới 90,3%

và khả năng hấp phụ Fe3+ hiệu quả trong dải pH từ 1- 12 Gía của cám gạo thì không đắt, chỉ khoảng 1/100 – 1/200 so với giá của acid phytic Chính vì vậy mà việc sử dụng cám gạo rất có ý nghĩa trong các khía cạnh sử dụng hiệu quả nguyên liệu còn lại

Somsub và cộng sự [56] đã nghiên cứu xác định hàm lượng vitamin C, Tanin và myo- inositol phosphates (IP5 và IP6) trong các mẫu rau Thái ở các điều kiện nấu khác khau Tác giả xác định hàm lượng phytate bằng phương pháp sắc ký trao đổi ion ngược pha Với 0,5g mẫu được chiết với 5ml HCl 0,67M trong bề siêu âm 30 phút Hỗn hợp sau đó được ly tâm ở 3000 vòng trong 10 phút Dịch lọc được pha loãng với 22,5ml nước cất và chuyển vào cột trao đổi ion Kết quả sau đó cho thấy, hàm lượng phytate đều giảm ở các điều kiện nấu (chần, đun sôi, chiên)

Mahmood và cộng sự [41] đã nghiên cứu ảnh hưởng của sự thay đổi môi trường đến hàm lượng acid phytic trong lúa mì Kết quả nghiên cứu cho thấy hàm lượng acid phytic thay đổi ở các mẫu lúa mì lấy từ các địa phương khác nhau Các mẫu lúa mì lấy

từ Islamabad, Pakistan cho hàm lượng acid phytic cao nhất là 1,343% trong khi các mẫu lấy từ Faisalabad lại cho hàm lượng acid phytic thấp nhất 0,74 % Từ đó, tác giả khẳng định môi trường sống có ảnh hưởng đến sự thay đổi hàm lượng acid phytic trong các giống lúa mì ở Pakistan

Saad và cộng sự [53] đã có nghiên cứu tối ưu hóa các điều kiện tối ưu cho quá trình chiết acid phytic từ cám gạo Nghiên cứu này được thực hiện để xác định các điều kiện tối ưu cho quá trình chiết axit phytic từ cám gạo Ba thông số chính được

nhau; thời gian triết và ảnh hưởng của pH điều chỉnh khác nhau Thí nghiệm được thức hiện trên 3 loại dung môi là axit tricloaxetic (TCA), hydrochloricacid (HCl) và axit sulfuric (H2SO4) Kết quả cho thấy rằng 5% của H2SO4 ở pH 0,6 và sau thời gian chiết sau 30 phút cho khối lượngacid phytic cao nhất so với 10% TCA và 3% HCl Hàm lượng axid phytic trong cám gạo dao động trong khoảng từ 0,22 đến 2,22% cho các thông số tối ưu hóa khác nhau Nghiên cứu cho thấy các phương pháp khác nhau sản xuất hàm lượng acid phytic từ cám gạo cũng khác nhau Do đó, 5% H2SO4ở pH 0,6 và sau thời gian khai thác 30 phút là điều kiện tốt nhất cho việc sản xuất acid phytic tối ưu

Canan và cộng sự [21] đã nghiên cứu chiết tách và tinh sạch acid phytic từ cám gạo Bằng phương pháp bề mặt đáp ứng, tác giả nghiên cứu các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình chiết tách acid phytic là nồng độ cám gạo (0,1g/ml), nồng độ HCl (từ 0,7÷1,8M), nhiệt độ (xung quanh 250C) và thời gian chiết (từ 30÷45 phút và so sánh với 1h) Bên cạnh đó, giá trị pH khác nhau (pH từ 7÷9) cũng được nghiên cứu cho quá trình tinh sạch acid phytickhi bổ sung 1,5M Na2CO3 hoặc 4,0M NaOH Kết quả cho thấy, nồng độ HCl, thời gian và nhiệt độ chiết đều có ảnh hưởng đáng kể đến kỹ thuật chiết acid phytic(p ≤ 0,05), trong khi nồng độ cám gạo thì không có ảnh hưởng Qua mỗi bước tinh chế, hiệu quả thu hồi, độ tinh khiết và hiệu suất đạt được của acid phytic đều được kiểm tra Từ đó, tác giả đề ra phương pháp chiết tách và tinh chế acid phytic với với hiệu suất và độ tinh khiết cao( độ tinh khiết đạt 78.19 ÷ 0.86% và hiệu suất đạt 73.21 ÷ 0.90%)

Dragicevic và cộng sự [26] đã nghiên cứu giá trị chuẩn của phương pháp so màu cho việc xác định acid phytic và phosphor vô cơ từ các loại hạt Bằng phương pháp so màu, tác giả nghiên cứu ảnh hưởng của các dung môi chiết như nước cất, dung dịch HCl 2,4%, TCA 5% đến hàm lượng acid phytic và phosphor vô cơ trong ba mẫu hạt ngô, đậu tương và hạt hướng dương Kết quả so sánhhàm lượng acid phytic thu được ở các mẫu nghiên cứu cho thấy dung môi chiết TCA cho lợi thế hơn cả nước cất

và HCl thông qua giới hạn phát hiện dưới của phép phân tích Từ đó, tác giả đã điều chỉnh được phương pháp so màu xác định hàm lượng acid phytic và phospho một cách đơn giản và hiệu quả với số lượng mẫu lớn

Khan và cộng sự [37] đã nghiên cứu xác định hàm lượng acid phytic, acid oxalic và một số chất vô cơ trong Cocculus hirsutus Khi xác định hàm lượng acid

phytic, tác giả sử dụng dung môi chiết là HCl 0,5N Dịch phytic thu được đem đi so mầu và so sánh với chất chuẩn Kết quả cho thấy hàm lượng acid phytic trong Cocculus hirsutus là 0.280 mg/100 g khối lượng tươi

Zang và cộng sự [65] đã tối ưu hóa quá trình chiết xuất acid phytic từ cám gạo

sử dung phương pháp lò vi sóng kêt hợp với siêu âm Kết quả cho thấy siêu âm ở 20 phút cho hàm lượng acid phytic thu được cao nhất

Luo và cộng sự [40] đã nghiên cứu xác định hàm lượng acid phytic trong hai mẫu đậu Qidou 2 và Big Qinpi theo phương pháp của Haugand Lantzsch Hàm lượng acid phytic thu được từ hai mẫu đậu Qidou 2 và Big Qinpi lần lượt là 825 và 779 mg/100g

Ngozi và cộng sự [46] đã nghiên cứu xác định giá trị chuẩn của phytate, tannin

và khoáng trong một số thành phần của bí ngô Kết quả cho thấy, hàm lượng phytate trong hạt bí ngô là 0,37%, trong lá và hạt bí sấy là 0,08%, trong thịt cùi quả bí là 0,16%, trong thịt cùi bí đã chín lại không có hàm lượng phytate Kết quả nghiên cứu của tác giả cho thấy hàm lượng phytate, tannin và khoáng thay đổi ở phương pháp chế biến khác nhau, qua đó thảo luận cách chế biến thích hợp cho việc tiêu thụ sản phẩm

để hấp thụ và tận dụng các chất khoáng cao nhất

Zhang và cộng sự [66] đã nghiên cứu tối ưu hóa các điều kiện chiết acid phytic

từ cám gạo bằng cách sử dụng phương pháp bề mặt đáp ứng Tác giả đã nghiên cứu ảnh hưởng của ba điều kiện chiết chính là tỷ lệ dung dịch axit/nguyên liệu (ml/g), nồng

độ acid HCl (mol/L), và thời gian chiết (h ) Kết quả cho thấy các điều kiện tối ưu là dung dịch acid/nguyên liệu thô là 8,5: 1 (ml/g), nồng độ HCl 0,62 mol/L và thời gian chiết 5,5 h cho hiệu suất chiết thực tế của PA là (2,15 ± 0,02)% (n = 5) Kết quả này phù hợp với hiệu suất được dự đoán

Mehrjardi và công sự [42] đã xác định hàm lượng acid phytic ở các loại bánh

mì và bột được tiêu thụ ở Yazd, Iran bằng phương pháp phân tích HPLC Kết quả nghiên cứu cho thấy các mẫu nghiên cứu đều cho hàm lượng acid phytic lớn hơn mức chấp nhận (10 mg/100g).Trong các mẫu bánh mì, mẫu Barbari có hàm lượng acid phytic thấp nhất (7±1.5 mg/100g) và mẫu Lavash có hàm lượng cao nhất (9,8 ± 0,4 mg/100g)

b Nghiên cứu trong nước

Hiện nay ở nước ta, acid phytic đóng vai trò là một chất có hoạt tính sinh học vẫn chưa được biết đến nhiều và các công trình nghiên cứu về việc thu nhận acid phytic từ cám gạo chưa nhiều Chỉ một số công trình nghiên cứu tách chiết một số chất

từ cám gạo:

Nguyễn Đức Tiến và cộng sự tại Viện Cơ điện nông nghiệp và công nghệ sau thu hoạch, đã nghiên cứu thành công công nghệ sản xuất Gamma Oryzanol từ cám gạo, và đưa sản phẩm ra ngoài thị trường [67]

Trần Quang Hải và Lê Thị Vân [68] nghiên cứu chiết xuất dầu biodiesel từ cám gạo Theo ước tính cứ 1 triệu tấn cám sẽ thu được 150 – 320 ngàn tấn dầu Tác giả đã

sử dụng bộ chiết Sohxlet và dung môi hexan để tách tinh dầu cám gạo Lượng dầu cám này qua quá trình este hóa sẽ chuyển thành biodiesel dùng thay thế nguồn năng lượng hóa thạch

Trước đây, cám gạo thường bị thải ra môi trường hoặc được tận dụng làm thức

ăn cho động vật, phân bón cây trồng một cách đơn giản và thô sơ Bên cạnh đó, những nghiên cứu trong nước về đối tượng này vẫn còn rất hạn chế chủ yếu chỉ mới dừng lại

ở việc tách chiết dầu cám Trong khi cám gạo còn chứa rất nhiều chất có hoạt tính sinh hoạt cao nhưacid phytic, tocopherolsvàtocotrienols, gamma oryzanol …và một số nhóm vitamin cần cho sự phát triển của trẻ như vitamin nhóm B, acid folic….Trước tình hình này, cần có những kế hoạch thu hồi và sử dụng nguồn cám gạo một cách hiệu quả Theo adachi và cộng sự (18) thì gía của cám gạo thì không đắt, chỉ khoảng 1/100 – 1/200 so với giá của acid phytic Chính vì vậy mà việc chiết tách các chất có hoạt tính sinh học trong cám gạo như là acid phytic rất có ý nghĩa trong các khía cạnh

sử dụng hiệu quả nguyên liệu còn lại

1.4 Tổng quan về bảo quản lạnh thủy sản

1.4.1 Cơ sở bảo quản lạnh thủy sản

Động vật thủy sản rất dễ bị ươn thối, hư hỏng và biến chất, không chỉ làm giảm thấp giá trị dinh dưỡng mà có khi gây ra ngộ độc Do đó, bảo quản là một khâu quan trọng để giữ tươi nguyên liệu thủy sản Theo ước tính của Jame (1984) thì khoảng 8% lượng nguyên liệu thủy sản bị tổn thất vì chất lượng ngay sau khi đánh bắt, chưa kể những thất thoát trong quá trình vận chuyển, bảo quản và sản xuất Do đó, chất lượng nguyên liệu sau đánh bắt có ý nghĩa rất quan trọng [7]

Nhiệt độ ảnh hưởng lớn đến tốc độ ươn hỏng, thối rữa của thực phẩm thông qua ảnh hưởng của nó đối với enzyme nội tại và vi sinh vật Nhiệt độ cũng ảnh hưởng tới

tỷ lệ phát triển của vi sinh vật Khi hạ thấp nhiệt độ thì hoạt động của enzyme và vi sinh vật trong nguyên liệu thủy sản sẽ giảm xuống, như vậy nguyên liệu thủy sản có thể giữ tươi được một thời gian Trong thực tế, bảo quản lạnh được ứng dụng phổ biến trong các nhà máy chế biến, mỗi phương pháp bảo quản có những ưu nhược điểm riêng và phương pháp bảo quản lạnh nguyên liệu thủy sản phổ biến nhất hiện nay là: bảo quản bằng nước đávà bảo quản bằng không khí lạnh [1], [6], [7]

1.4.2 Các phương pháp bảo quản lạnh thủy sản

a Bảo quản bằng nước đá

Những dẫn chứng lịch sử cho thấy người Trung Quốc cổ đại đã dung nước đá tự nhiên từ 3000 năm trước Người La Mã cổ đại cũng đã sử dụng nước đá trộn với rong biển để bảo quản cá tươi Các nước phát triển, đặc biệt là Mỹ và một số nước châu Âu lịch sử làm lạnh cá bằng nước đá cũng có từ hơn một thế kỷ [7]

Bảo quản thủy sản trong nước đá có những ưu điểm như: Nước đá có hệ thống trao đổi nhiệt lớn, có tốc độ làm lạnh nhanh hơn khi bảo quản làm lạnh bằng môi trước chất lỏng hoặc không khí Khi nước đá tan chảy tạo màng nước tránh sự bay hơi nước

từ nguyên liệu ra ngoài không khí, tránh hiện tượng giảm trọng lượng

Nhưng sử dụng nước đá có khả năng gây tổn thương đối với nguyên liệu thủy sản do nước đá có nhiều góc cạnh có khả năng xuyên thủng, gây biến dạng, hơn nữa nước đá cộng thêm nguyên liệu có trọng lượng lớn làm biến dạng các lớp nguyên liệu phía dưới, làm giảm chất lượng cảm quan, giảm trọng lượng của thủy sản nguyên liệu Khi sử dụng nước đá đẻ bảo quản thì nó có hao phí lạnh cao làm tăng giá thành Do nước đá có trọng lượng lớn và thể tích lớn làm cho chi phí vận chuyển tăng Về mặt vi sinh, nước đá rất dễ bị nhiễm vi sinh vật do quá trình sản xuất mất vệ sinh và do nhiễm

từ môi trường, khi làm lạnh bảo quản nguyên liệu thì đây được coi là mối nguy nhiễm

vi sinh cho nguyên liệu

b Bảo quản bằng không khí lạnh

Là quá trình lấy nhiệt ra khỏi sản phẩm bằng không khí lạnh để làm giảm nhiệt

độ của nó đến nhiệt độ bảo quản Phương pháp bảo quản bằng không khí lạnh khá phổ biến trong các nhà máy chế biến, đây là phương pháp đơn giản, dễ làm, dễ cơ giới hóa,

tự động hóa Không khí khó nhiễm tạp chất, vi sinh, dễ làm sạch và không gây tác động cơ học lên nguyên liệu

Nhưng phương pháp này lại có nhược điểm là có hệ số trao đổi nhiệt kém hơn

so với môi trường lỏng, rắn ở cùng điều kiện lạnh và thời gian làm lạnh cũng lâu hơn Trong không khí có oxy sẽ gây ra hiện tượng oxy hóa các thành phần của nguyên liệu thủy sản Có nhiều khả năng gây ra hiện tượng bay hơi nước làm giảm trọng lượng, khối lượng của nguyên liệu trong quá trình bảo quản

1.4.3 Những biến đổi của động vật thủy sản trong quá trình bảo quản lạnh

Theo quy luật chung, khí lạnh đầu tiên bề mặt ngoài của động vật co lại, giảm thể tích co dãn nhiệt và chống lại sự mất năng lượng Tiếp đó, độ nhớt của dịch tế bào tăng làm giảm sự khuếch tán bên trong tế bào gây cản trở các phản ứng hóa học và sinh hóa học Lạnh còn làm giảm hoạt độ của nước trên bề mặt và bên trong dịch tế bào, khi hoạt độ của nước giảm thì làm giảm hoạt tính của enzyme, giảm hoạt động sống, ở một giới hạn xác định làm ngừng hoạt động sống

Động vật thủy sản cũng biến đổi theo quy luật trên trong quá trình làm lạnh và bảo quản lạnh Những biến đổi đó bao gồm: Biến đổi vật lý, biến đổi hóa học, biến đổi enzyme, biến đổi vi sinh vật [1], [7]

Biến đổi vật lý

Hiện tượng co bề mặt, giảm thể tích tuân theo quy luật giảm thể tích do nhiệt lạnh Hiện tượng tăng độ nhớt, giảm độ linh hoạt tế bào, hiện tượng này tuân theo quy luật chuyển động nhiệt phân tử Ngoài ra lạnh cũng gây ra một số biến đổi như tăng độ cứng, giảm độ đàn hồi, màu sắc và khối lượng cũng bị thay đổi

Biến đổi hóa học

Các phản ứng xảy ra chậm lại do năng lượng hoạt hóa cho phản ứng giảm Các phản ứng xảy ra không đáng kể đối với quá trình làm lạnh nhưng lại đáng kể đối với quá trình bảo quản lạnh do thời gian làm lạnh rất ngắn từ 5- 10 phút hoặc vài giờ, còn thời gian bảo quản lạnh thường dài từ một tuần đến vài tuần Các phản ứng thường gây ra biến đổi cần quan tâm:

Phản ứng thủy phân các chất trong thủy sản: Phản ứng này được coi là không đáng

kể có để xem là vô hại trong quá trình làm lạnh và đáng kể trong quá trình bảo quản lạnh:Protein bị phân hủy thành các hợp chất có phân tử lượng bé hơn, nó tạo nguồn

dinh dưỡng tốt cho vi sinh vật trên thủy sản phát triển làm cho thủy sản nguyên liệu biến chất dẫn đến hư hỏng:

Protein(Naa) →Polypeptid→Pepton→peptit→acid amin

Lipid bị thủy phân thành glycerin và các acid béo tự do, nguồn acid béo tự do tạo điều kiện cho phản ứng oxy hóa lipid, sinh ra các chất có mùi và màu xấu làm giảm chất lượng của nguyên liệu:

LipidH2O, t0 Acid béo tự do + Glycerine

RH R*+(H*)

R* + O2 RO2

RO2 + RH ROOH + R*

Biến đổi enzyme

Các phản ứng sinh hóa học thường xảy ra trong nguyên liệu sau thu hoạch vẫn diễn ra trong quá trình bảo quản lạnh Tuy nhiên tốc độ phản ứng giảm hoạt động enzyme bị ức chế Biến đổi đặc trưng nhất do enzyme là phản ứng biến đen của tyrosine và phenylalanine bới polyphenoloxydase:

Tyrosine, phenylalanine Tyrosinase, O2Melanin

(không màu)(nâu đen)

Khi làm lạnh và bảo quản lạnh thì hoạt động của enzyme giảm theo quy luật cứ

hạ 100C thì hoạt động giảm 1/2 - 1/3 so với ban đầu Nhiệt độ thấp ức chế các enzyme phân giải Nhiệt độ thấp dưới 0oC, phần lớn các enzyme bị đình chỉ Tuy nhiên ,một số loại enzyme như lipase, trysinase, catalase ở nhiệt độ -191oC cũng không bị phá hủy

Bảng 1.2 Ảnh hưởng của nhiệt độ đến hoạt động của enzyme lipase[7] Nhiệt độ ( o C) % Lipid bị phân giải Nhiệt độ ( o C) % Lipid bị phân giải

Biến đổi vi sinh vật

Trong điều kiện lạnh gây ức chế hoạt động của vi sinh vật, theo quy luật cứ hạ

10oC thì hoạt động giảm 1/2- 1/3 so với ban đầu Vi sinh vật giảm hoạt động theo sự giảm của hoạt động làm lạnh, nhưng sau đó có hình thức thích nghi và hoạt động trở lại, tuy yếu hơn bình thường Theo Match khi hạ nhiệt độ bảo quản thì thời gian sinh

trưởng của vi sinh vật sẽ giảm một cách đáng kể theo bảng sau

Bảng 1.3 Ảnh hưởng của nhiệt độ đến thời gian sinh trưởng của vi sinh vật [7]

thời phương pháp này cũng phổ biến trong thực tế khi bảo quản thịt cá tra

1.5 Cá tra và những biến đổi oxy hóa lipid chất béo

1.5.1 Cá tra

Tên tiếng anh: Shutchi catfish

Tên khoa hoc: Pangasius hypophthalmus

Là một trong những đối tượng nuôi trồng thủy sản đang được phát triển với tốc

độ nhanh tại các tỉnh đồng bằng sông Cửu Long Cá có nhiều đặc tính quý, dễ nuôi, chóng lớn và có sức chịu đựng đặc biệt với môi trường không thuận lợi

Thành phần hóa học của thịt cá tra gồm có: Nước, protein, lipid, gluxit, khoáng chất, vitamin, enzyme và hormone Cũng giống như các loại thủy sản khác, thành phần hóa học khác nhau về giống loài hoặc trong cùng một loài nhưng sống ở môi trường nước khác nhau thì thành phần hóa học cũng khác nhau Thành phần hóa học của cá tra còn phụ thuộc vào trạng thái sinh lý, mùa vụ, nguồn thức ăn, thời tiết khí hậu Thành phần hóa học có ảnh hưởng đến giá trị cảm quan và giá trị dinh dưỡng của sản phẩm [5], [6], [9]

Bảng 1.4 Thành phần hóa học của cá tra[5], [14]

Protein lipid Nước Tro Protein Lipid Nước Tro 15,20 16,04 66,8 1,88 17,6 10,03 71,3 1,1

Bảng 1.5 Thành phần dinh dưỡng, phần ăn được của cá tra và cá basa tính trên

100g [5], [14]

Loài cá Calo Calo từ chất

béo(calo)

Chất béo bão hòa(g)

Cholesterol (g) Natri(g)

Cá tra 124,52 30,48 1,64 0,0252 0,0706

Cá basa 170,00 60,00 2,00 0,0220 0,0705

Acid béo là thành phần chính của chất béo Cá tra có chứa 16 loại acid béo bao gồm acid béo bão hòa (chiếm 32,6%) và chưa bão hòa (chiếm khoảng 68% tổng lượng acid béo) Lượng acid béo omega 3, 6, 9 trong cá tra chiếm tỷ lệ khá lơn Omega-3 và DHA có tác dụng lên não bộ và hệ thần kinh trung ương Ngoài ra, nó còn có tác dụng bảo vệ tim mạch DHA làm giảm lượng triglyxerit máu, giảm loạn nhịp tim, giảm tỷ lệ bệnh động mạch vành, giảm chứng nhồi máu cơ tim

Bên cạnh đó, mỡ cá tra và cá basa có nhiều acid béo Trong đó, acid Docosahexaenoic chiếm 0,23% là một acid béo không thay thế quan trọng đối với thành phần dinh dưỡng của con người Ngoài ra trong mỡ cá basa còn có acid Myristic chiếm 1,0-1,3%, acid Palmitic có 22-25%, acid Steric chiếm 6,9-7%, acid Oleic chiếm 46,9-50%, acid Linoleic chiếm 11,6-14,5%, acid Docosahexaenoic chiếm rất ít khoảng 0,23% so với tổng lượng acid béo của cá [9]

Vì vậy, cá tra là loài cá vừa có giá trị dinh dưỡng vừa có giá trị sinh học rất cao Không những nó cung cấp năng lượng cho cơ thể mà còn cung cấp một lượng lớn các acid amin đặc biệt là các acid amin không thay thế và các acid béo chưa bão hòa cũng chiếm tỷ lệ tương đối lớn trong cá tra

1.5.2 Quá trình oxy hóa lipid chất béo

Quá trình oxy lipid luôn xảy ra trong sản xuất, bảo quản và chế biến thực phẩm khi cósự hiện diện của chất béo Sự oxy hóa chất béo là nguyên nhân hạn chế thời gian bảo quản của các sảnphẩm

Phản ứng oxy hóa lipid có enzyme tham gia hay còn gọi là oxy hóa sinh học [13]:

- Oxy hóa do xúc tác của lipoxydase

Chất xúc tác cho quá trình này là lipoxydase Lipoxydase thường là xúc tác oxy hoá mạnh các acid béo không no (có 2, 3 nối đôi trở lên) thành peroxide và hydroperoxide

Acid béo Epoxid, aldehyd, ceton, rượu bậc cao, sản phẩm oxyhoákhác

- Lipoxydase có 881 gốc acid amin, phần protein là globulin

Ngoài ra phản ứng oxy hóa lipid có enzyme tham gia còn có ở hai dạng kiểu α và kiểu βoxy hóa acid béo

Phản ứng oxy hóa lipid phi enzyme [13]

Ảnh hưởng của phản ứng oxy hóa hóa học đến chất lượng của sản phẩm thực

lllilipoxydase

sản phẩm oxy hoá lipid có khả năng phản ứng cao với protein tạo thành hợp chất bền vững, không tan trong nước cũng như trong dung môi hữu cơ và cũng không bị thuỷ phân bởienzyme

Quá trình oxy hóa học gây ảnh hưởng xấu đến giá trị dinh dưỡng, chất lượng cảm quan Giảm khả năng tiêu hóa hấp thu Có khả năng gây ảnh hưởng xấu đến sức khỏe người tiêu dùng Mất vệ sinh an toàn thực phẩm

Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình oxy hóa chất béo [15]

Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình oxy hóa chất béo bao gồm: Hàm lượng acid béo tự do, độ no của chất béo, nồng độ oxy, chất xúc tác sinh học, không khí, các chất chống oxy hóa chất béo, chất trợ chống oxy hóa chất béo, nhiệt độ, trạng thái lipid, ion kim loại chuyển giao, nước, năng lượng mặt trời và tiaion

Hạn chế quá trình oxy hóa chất béo trong bảo quản sản phẩm [15]

Để hạn chế quá trình tự oxy hóa chất béo diễn ra, sản phẩm cần được bao gói để tránh tiếp xúc với oxy cũng như ngăn không cho tiếp xúc với ánh sáng Cơ chế của quá trình quang oxy hóa là do sự tương tác giữa acid béo không no với nguyên tử oxy để tạo thành hợp chất hydroperoxyde không thông qua con đường tạo thành các gốc tự

do Thêm vào đó sự có mặt của ánh sáng và đặc biệt là tia cực tím sẽ thúc đẩy quá trình quang oxy hóa chất béo Do đó, việc bao gói thực phẩm nhằm tránh cho thực phẩm tiếp xúc với ánh sáng mặt trời và các nguồn phát sáng khác sẽ hạn chế được quá trình oxy hóa diễn ra

Một số enzyme có khả năng thúc đẩy quá trình oxy hóa chất béo, đặc biệt là họ enzyme lipoxygenases Đây là các enzyme có chứa ion sắt và chúng có khả năng gây xúc tác giữa phân tử oxy và acid béo không no có chứa các nhóm cis, cis-1,4- pentadiene trong cấu trúc phân tử để tạo thành các hợp chấthydroperoxydes

Nhiệt độ và thời gian là hai yếu tố quan trọng ảnh hưởng đến tốc độ oxy hóa acid béo và chất béo Cường độ oxy hóa chất béo tăng khi nhiệt độ và thời gian tăng Một số nghiên cứu cho thấy quá trình oxy hóa chất béo vẫn tiếp tục diễn ra khi các sản phẩm thủy sản được bảo quản đông lạnh Nhiệt độ bảo quản càng thấp sẽ hạn chế được

sự oxy hóa lipid, kéo dài thời gian bảo quản Tuy nhiên, khi giảm nhiệt độ bảo quản xuống sẽ làm tăng chi phí sản xuất, tăng giá thành sản phẩm Do đó, cần phải nghiên cứu để chọn nhiệt độ bảo quản thích hợp, thõa mãn được đồng thời hai yêu cầu là đảm bảo về mặt chất lượng và chấp nhận được về mặt chi phí sản xuất

Việc nghiên cứu áp dụng các phương pháp bao gói mới trong chế biến vàbảo quản các sản phẩm thủy sản cũng được nghiên cứu ứng dụng nhiều trên thế giới Mục đích là hạn chế những biến đổi không có lợi diễn ra trong quá trình chế biến và bảo quản, từ đó kéo dài thời hạn bảo quản của sản phẩm Hai phương pháp hiện đang áp dụng rộng rãi trong sản xuất là bao gói hút chân không và bao gói có sự điều chỉnh thành phần khí quyển Nhiều nghiên cứu đã chứng minh rằng khi sử dụng hai phương pháp bao gói này kết hợp với bảo quản ở nhiệt độ thấp sẽ giữ được chất lượng của sản phẩm thủy sản tốt hơn và thời gian bảo quản dài hơn

Ngoài ra, để hạn chế sự oxy hóa acid béo và chất béo diễn ra trong quá trình chế biến và bảo quản các sản phẩm thủy sản, các chất chống oxy hóa thường được sử dụng Các chất chống oxy hóa bao gồm các chất chống oxy hóa tự nhiên và các hợp chất hóa học như acid ascorbic, vitamine E, BHA, BHT và các hợp chất phosphate Các chất chống oxy hóa có nguồn gốc tự nhiên thường là các hợp chất phenol, được tách chiết từ thực vật, các loại rau, củ, quả…được chứng minh có hiệu quả rất tốt trong việc hạn chế sự oxy hóa chất béo của các sản phẩm thủy sản

1.5.3 Một số nghiên cứu ứng dụng khả năng chống oxy hóa của acid phytic trong thực phẩm

Park và cộng sự [49] đã nghiên cứu ảnh hưởng của chiếu xạ acid phytic đến khả năng chống oxy hóa và bền màu trong hệ thịt Oxy hóa lipid và ổn định màu sắc của các loại thịt được xử lý bằng axit phytic chiếu xạ đã được nghiên cứu trong thời gian bảo quản 2 tuần ở 4°C Các tác dụng chống oxy hóa của chiếu xạ acid phytic cao hơn của axit ascorbic, chất chống oxy hóa thương mại được sử dụng thương mại Kết quả cũng cho thấy các mẫu thịt xử lý bằng axit phytic có một giá trị cao hơn so với các mẫu đối chứng và mẫu sử dụng acid ascorbic, nhưng không thấy có sự khác biệt đáng

kể Ngoài ra, acid phytic chiếu xạ có hiệu quả trong việc ức chế sự làm giảm heme sắt

và metmyoglobin trong quá trình bảo quản Kết quả đã khẳng định acid phytic có khả năng chống oxy hóa lipid và giữ màu sắc cho thịt bò và thịt lợn trong quá trình bảo quản lạnh

Stodolak và cộng sự [58] đã nghiên cứu ảnh hưởng của acid phytic đến sự ổn định oxy hóa của thịt sống và chín Tác giả nghiên cứu ảnh hưởng của nồng độ acid phytic (0,1,

1 và 5 mM) đến thịt lợn và thịt bò theo phương pháp TBARS và mức metmyoglobin trong

ngày bảo quản ở nhiệt độ 4°C Kết quả cho thấy acid phytc có hiệu quả giảm sự hình thành TBARS trong thịt sống và nấu chín Sự hình thành metmyoglobin cũng bị ức chế trong thịt

bò sống và phụ thuộc và nồng độ acid phytic Ngoài ra, hiệu quả của acid phytic đến

sự ổn định oxy hóa trong thịt nấu chín rõ hơn trong nguyên liệu và trong thịt bò nấu chín hơn thịt lợn

Sorour và cộng sự [57] nghiên cứu về ảnh hưởng của acid phytic như là một chất chống oxy hóa tự nhiên trong việc ngăn ngừa sự oxy hóa dầu cá Tác giả nghiên cứu ảnh hưởng ức chế của các mẫu acid phytic chiết xuất từ cám lúa mì (PAE), acid phytic tinh khiết bên ngoài (PA 4mM) và acid ascorbic cho sự ổn định oxy hóa của 10% (o/w) dầu gan cá tuyết Việc đánh giá hiệu quả của các chất chống oxy hóa dầu gan cá được xác định dựa vào giá trị TBARS độ hấp thụ oxy, tổng hàm lượng lipid bị oxy hóa Kết quả nghiên cứu cho thấy PAE và PA 4mM ức chế sự hình thành TBARS trong gan cá tuyết tính theo o/w lần lượt gấp 67% và 72% so với mẫu đối chứng sau 2 tuần bảo quản ở 400C PA 4 mM là có hiệu quả cao trong việc giảm giá trị TBARS và ngăn ngừa quá trình oxy hóa lipid so với acid ascorbic Kết luận cho thấyphytic acid chiết xuất từ cám lúa mì có thể được khuyến cáo như là một chất chống oxy hóa thực phẩm kéo dài sự ổn định chất béo của cá hoặc thịt cá Hơn nữa, sự ức chế peoroxy hóa lipid bởi PAE và PA 4 mM, trong nghiên cứu này là hiệu quả hơn axit ascorbic

Sakac và cộng sự [54] đã nghiên cứu hoạt động chống oxy hóa của acid phytic trong hệ thống lipid mẫu Tác giả đã nghiên cứu ảnh hưởng của nồng độ acid phytic trong dải 0,076÷0,3mM đến khả năng ức chế sự hình thành hydroperoxyt trong dầu đậu tương (HESO) trong quá trình oxy hóa bởi nhiệt và chất xúc tác Kết quả nghiên cứu cho thấy, acid phytic không ức chế quả trình oxy hóa nhiệt của HESO nhưng lại

có hiệu quả cao trong việc chống oxy hóa cho HESO gây ra bởi chất xúc tác Cơ chế của hoạt động chống oxy hóa của acid phytic đã được khẳng định bằng kết quả của hoạt động chelating đếnFe 2+trong hệ Fe2+ferrozine được kiểm tra

Norhaizan và cộng sự [48] tiếp tục nghiên cứu ảnh hưởng của acid phytic từ cám gạo đến tác dụng chống oxy hóa và độc tế bào như là một chất chống ung thư đến một số tế bào ung thư chọn lọc Kết quả nghiên cứu cho thấy acid phytic chiết xuất từ cám gạo có thể ức chế sự tăng trưởng của một số dòng tế bào ung thư với IC50 ức chế

tế bào ung thư buồng trứng, vú và tế bào gan lần lượt là 3,45; 3,78 và 1,66 mM và không có ảnh hưởng đến tế bào bình thường Qua đó, tác giả khẳng định acid phytic

chiết xuất từ cám gạo thể hiện tính chống ung thư an toàn và đầy hứa hẹn trong các dòng tế bào ung thư được lựa chọn và khả năng chống oxy hóa của acid phytic là sự đóng góp khả năng quan sát đặc tính chống ung thư

Canan và cộng sự [28] tiếp tục nghiên cứu khả năng chống oxy hóa của acid phytic tinh sạch từ cám gạo qua ba phương pháp FRAP, BPS, và phương pháp deoxyribose Kết quả nghiên cứu cho thấy hiệu quả làm giảm hoạt động Fe2+ của acid phytic không được phát hiện trong phương pháp FRAP, nhưng với phương pháp BPS, khả năng liên kết với Fe2+ phụ thuộc vào nồng độ và thời gian tiếp xúc và cho giá trị IC50 của acid phytic chuẩn với acid phytic chiết xuất từ cám gạo lần lượt là 4,39mg/ml; 7,54mg/ml Đối với phương pháp deoxyribose, acd phytic chuẩn ức chế các gốc hydroxyl với IC50 là 0,70mg/ml trong khi acid phytic chiết từ cám gạo cho thấy hoạt động ức chế tối đa 40% nhờ khả năng tạo phức Kết quả nghiên cứu chứng mình acid phytic chiết xuất từ cám gạo có khả năng chống oxy hóa

Zajdel và cộng sự [64] nghiên cứu khả năng ức chế peroxy hóa lipid invitro của acid phytic Kết quả nghiên cứu cho thấy nồng độ acid phytic ở 100µM và 500µM có hiệu quả ức chế sự phân hủy acid linoleic trong cả hai trường hợp có hoặc không có chất xúc tác Fe(II)/ascorbate Từ đó, tác giả khẳng định acid phytic hoạt động như một chất chống oxy hóa có thể giúp ngăn ngừa các bệnh đường ruột gây ra bởi các gốc oxy

và các sản phẩm peroxy hoa lipid

Như vậy, các tài liệu tham khảo trên cho thấy acid phytic được ứng dụng rất nhiều trong việc chống oxy hóa lipid cho thực phẩm trong thời gian bảo quản Nhưng những nghiên cứu thu nhận và ứng dụng acid phytic ở Việt Nam còn rất ít Do đó, việc nghiên cứu chiết tách acid phytic từ cám gạo và đánh giá hoạt tính chống oxy hóacủa acid phytic không những góp phần làm tăng giá trị sử dụng của cám gạo mà còn thu được một chất chống oxy hóa tự nhiên có thể ứng dụng trong thực phẩm, y học và một

số ngành công nghiệp khác Mặt khác, cá tra là một nguồn nguyên liệu thủy sản có sản lượng lớn, giá trị dinh dưỡng cao Tuy nhiên, chất lượng cá tra thường giảm xuống trong những quá trình sau thu hoạch, nhất là những biến đổi về mặt hóa học như biến đổi lipid do hàm lượng chất béo trong cá nhiều Chính vì thế, cần có những chất chống oxy hóa tự nhiên bổ sung vào cá trong quá trình lưu trữ và bảo quản Việc ứng dụng acid phytic chiết tách được vào bảo quản thịt cá tra xay như là một thử

CHƯƠNG 2: ĐỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU2.1.Nguyên liệu và hóa chất sử dụng

2.1.1 Nguyên liệu

Cám gạo tám (Oryza sativa) được mua từ Công ty CPSX & TM Tâm Phượng

Địa chỉ: Xóm 13, Hải Ninh - Hải Hậu - Nam Định Cám gạo được đóng gói vào túi màu tối không tiếp xúc trực tiếp với ánh sáng mặt trời và bảo quản ở nhiệt độ 200C

Hình 2.1 Cám gạo tám

Cá tra được mua tại chợ Vĩnh Hải- Nha Trang Chọn cá tra còn sống, sau đó mang về phòng thí nghiệm

Hình 2.2 Hình ảnh cá tra 2.1.2 Hóa chất sử dụng

Axit sunfuric (H2SO4), axit tricloaxetic (TCA),axit clohydric (HCl), nước cất, ethanol, methanol, Thuốc thử Wade và nhiều hóa chất khác nữa được sản xuất bởi công

ty Guangdong Guanghua Chemical factory Co., Ltd

- DPPH, Tween 40, myoglobin, acid phytic chuẩn (Được sản xuất bởi Sigma- Aldrich, St Louis, MO Tất cả các hóa chất đều có độ tinh khiết trên 99%

2.2 Phương pháp nghiên cứu

2.2.1 Phương pháp thu mẫu và xử lý mẫu

Nguyên liệu cám gạo tám được thu nhận, yêu cầu cám gạo tám phải sáng, có mùi thơm đặc trưng, không lẫn sạn và được đóng gói trong túi nhựa 5kg/túi mang về phòng thí nghiệm Tại phòng thí nghiệm, cám gạo được sấy bằng lò vi sóng trong 1