Nghiên cứu ảnh hưởng của quá trình thu hoạch và chế biến đến hàm lượng các chất có hoạt tính sinh học trong cây thuốc dòi (pouzolzia zeylanica l benn)

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC CẦN THƠ NGUYỄN DUY TÂN NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA QUÁ TRÌNH THU HOẠCH VÀ CHẾ BIẾN ĐẾN HÀM LƯỢNG CÁC CHẤT CĨ HOẠT TÍNH SINH HỌC TRONG CÂY THUỐC DỊI (Pouzolzia zeylanica L Benn) LUẬN ÁN TIẾN SĨ NGÀNH CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM 2019 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC CẦN THƠ LUẬN ÁN TIẾN SĨ NGÀNH CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM MÃ NGÀNH: 9540101 NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA QUÁ TRÌNH THU HOẠCH VÀ CHẾ BIẾN ĐẾN HÀM LƯỢNG CÁC CHẤT CĨ HOẠT TÍNH SINH HỌC TRONG CÂY THUỐC DÒI (Pouzolzia zeylanica L Benn) Người hướng dẫn Nghiên cứu sinh PGS.TS Nguyễn Minh Thủy Nguyễn Duy Tân 2019 LỜI CẢM ƠN Tôi xin chân thành cảm ơn đến tất người hỗ trợ giúp đỡ tơi hồn thành luận án nghiên cứu khoa học này, nhắc đến: Phó giáo sư, Tiến sĩ Nguyễn Minh Thủy, người Cơ kính mến tận tâm giảng dạy bảo cho suốt năm học nghiên cứu sinh vừa qua Cô hỗ trợ nhiều việc tiếp cận phương pháp để bố trí thí nghiệm xử lý số liệu Một lần xin chân thành cám ơn Cô nhiều Ban Giám Hiệu Trường Đại học Cần Thơ; Ban chủ nhiệm Khoa Nông nghiệp Sinh học Ứng dụng; Ban chủ nhiệm Bộ mơn Cơng nghệ Thực phẩm, Các phòng ban chức tạo điều kiện thuận lợi để tơi hồn thành tốt q trình học tập nghiên cứu thời gian qua Ban Giám Hiệu Trường Đại học An Giang; Ban chủ nhiệm Khoa Nông nghiệp Tài nguyên Thiên nhiên; Ban chủ nhiệm Bộ môn Công nghệ Thực phẩm, Các phòng ban chức giúp đỡ tơi việc xếp cơng việc để hồn thành tốt công tác giảng dạy học tập nghiên cứu sinh Phó giáo sư, Tiến sĩ Nguyễn Văn Thành, Viện Nghiên cứu Phát triển Công nghệ sinh học; Tiến sĩ Nguyễn Văn Cương, Khoa Công nghệ Trường Đại học Cần Thơ hỗ trợ trình thực nghiên cứu Các bạn Lê Quốc Việt Võ Tấn Thạnh học viên cao học Khóa 20 Trường Đại học Cần Thơ Các bạn sinh viên khóa ĐH12TP, ĐH13TP, ĐH14TP ĐH15TP Trường Đại học An Giang hỗ trợ việc thực nghiên cứu Gia đình tơi, Ba mẹ anh em tôi, đặc biệt Bà xã yêu quý Võ Thị Xuân Tuyền hai Nguyễn Võ Thùy Chi, Nguyễn Duy Khoa ủng hộ tơi vật chất lẫn tinh thần để tơi yên tâm học tập nghiên cứu hoàn thành tốt luận án Người viết NCS NGUYỄN DUY TÂN i TĨM TẮT Cây thuốc dòi (Pouzolzia zeylanica L Benn) loài thực vật thuốc, người dân nước châu Á sử dụng để chữa trị nhiều bệnh khác theo phương pháp truyền thống Ở Việt Nam, thuốc dòi trồng phổ biến khu vực Đồng sông Cửu Long, sử dụng dạng tươi hay khô, sắc thành nước uống để chữa trị bệnh ho lâu năm, ho lao viêm họng Cây thuốc dòi kết hợp với vị thuốc khác có khả chống lại tế bào ung thư, bệnh lao tác dụng bổ phổi Nhiều nghiên cứu cho thấy dịch trích từ thuốc dòi chứa nhiều hợp chất sinh học với đặc tính kháng khuẩn, kháng nấm chống oxy hóa Tuy nhiên, loài thực vật chưa nghiên cứu đầy đủ khả trồng thu hoạch; sơ chế bảo quản nguyên liệu; chế biến thành sản phẩm tiện dụng có khả phòng ngừa hỗ trợ điều trị bệnh Vì thế, nội dung nghiên cứu luận án nhằm giải đáp vấn đề nêu Ở nội dung nghiên cứu đầu tiên, yếu tố mùa vụ trồng thời gian thu hoạch; kích thước nguyên liệu nhiệt độ sấy/phơi nắng; độ ẩm dạng nguyên liệu bảo quản khảo sát Kết cho thấy thuốc dòi trồng phát triển tốt với thời gian thu hoạch tối ưu từ 45÷60 ngày tuổi sau trồng, thuốc dòi trồng vào mùa nắng chứa nhiều hợp chất có hoạt tính sinh học so với trồng vào mùa mưa Chế độ sơ chế thích hợp thuốc dòi rửa làm khơ cách phơi nắng/sấy khô 60oC tới độ ẩm nhỏ 12%, sau cắt khúc 3÷5 cm cho vào bao bì PE (2 lớp) Chúng bảo quản tốt 12 tháng nhiệt độ phòng Ở nội dung nghiên cứu thứ hai, ảnh hưởng nhân tố trích ly (nhiệt độ, thời gian tỷ lệ nước/nguyên liệu); trình phối chế (acid citric, đường sucrose carboxymethyl cellulose); chế độ cô đặc (độ chân khơng, thời gian); ảnh hưởng tiến trình sấy phun dịch trích ly thuốc dòi, bao gồm nồng độ maltodextrin bổ sung kết hợp với ba loại gum (arabic, carrageenan xanthan gum) với nồng độ khác nhau; nhiệt độ khơng khí sấy tốc độ dòng nhập liệu; tỷ lệ đường sucrose acid ascorbic phối chế với bột sấy phun; thay đổi chất lượng sản phẩm q trình bảo quản xác định Các thơng số tối ưu đạt cho quy trình chế biến cao thuốc dòi chất lượng tốt trích ly thuốc dòi khơ nhiệt độ 81oC 30 phút với tỷ lệ nước/nguyên liệu 27/1 (v/w); dịch trích phối chế với 0,29% acid citric, 20oBrix 0,29% carboxymethyl cellulose; cô đặc độ chân không 600 mmHg 40 phút Sản phẩm bột hòa tan đạt chất lượng cao sử dụng 9% maltodextrin 0,08% gum ii arabic, sấy phun với nhiệt độ khơng khí đầu vào 179oC, tốc độ dòng nhập liệu 18 rpm, sử dụng phối chế với tỷ lệ bột thuốc dòi/đường sucrose/acid ascorbic 3/15/0,1 (w/w/w) 100 mL nước Mẫu sản phẩm cao bảo quản nhiệt độ phòng có tổn thất hàm lượng anthocyanin, flavonoid, polyphenol tannin 64,21; 63,52; 45,59 40,52%; cao mẫu bảo quản nhiệt độ lạnh 1,53; 1,55; 1,41 1,37 lần Còn mẫu sản phẩm bột có tổn thất hợp chất sinh học 51,85; 50,97; 36,64 33,86% Ở nội dung nghiên cứu thứ ba, hoạt động thực bao gồm khảo sát mức độ chấp nhận 150 người tiêu dùng với hai sản phẩm cao lỏng bột hòa tan; thử nghiệm khả chống oxy hóa in vitro thông qua phương pháp khử sắt FRAP, khử gốc gốc tự DPPH tổng lực khử AAI; khả kháng khuẩn đường hơ hấp, độc tính cấp đường uống, tác dụng long đàm ức chế ho Kết khảo sát ban đầu cho thấy hai sản phẩm 75÷85% người tiêu dùng đánh giá cao màu sắc, mùi vị (từ thích đến thích); có khoảng 93÷94% người tiêu dùng đánh giá chất lượng sản phẩm từ loại đến tốt; 80÷84% người tiêu dùng sẵn lòng mua sản phẩm diện thị trường Sản phẩm bột hòa tan có hoạt động chống oxy hóa cao sản phẩm cao lỏng với giá trị IC50 khả khử gốc tự DPPH 0,98 3,18 mg/mL; khả khử sắt theo phương pháp FRAP 116,198 6,687 MFeSO4/100 mg; tổng lực khử thông qua số AAI 41,792 14,333; tương ứng Ngồi ra, bột thuốc dòi có hoạt tính kháng khuẩn chủng Streptoccocus pyogenes với nồng độ ức chế tối thiểu (MIC) 50 mg/mL liều quy đổi người g/ngày có tác dụng long đàm giảm triệu chứng ho kích thích mơ hình gây ho capsaicin Ngược lại, cao lỏng thuốc dòi khơng thể hoạt tính kháng khuẩn, liều quy đổi người g/ngày có tác dụng long đàm chuột thí nghiệm bị gây ho capsaicin tác dụng triệu chứng ho thể chưa điển hình so với dạng bột thuốc dòi sấy phun Từ khóa: thuốc dòi (Pouzolzia zeylanica L Benn), thu hoạch, chế biến, sản phẩm cô đặc, bột sấy phun, hợp chất có hoạt tính sinh học iii ABSTRACT Pouzolzia zeylanica is one of the medicinal plants which people from many Asian countries have used to treat various kinds of diseases by traditional methods In Vietnam, this plant is popularly cultivated in the Mekong Delta region, it can be used as fresh or dried plant, decoction drink to treat cough with phlegm, pulmonary tuberculosis, sore throat This herbal plant is also combined with other herbs to be able to fight against cancer cells, tuberculosis and to keep your lungs in a good condition A great number of research studies showed that Pouzolzia zeylanica extract contains many bioactive compounds with antioxidant, antimicrobial and antifungal properties However, this species has not been fully researched on the possibility of growing and harvesting; preliminarily processing and preserving materials recently; as well as processing into convenient food products that can assist in the prevention and treatment of diseases Therefore, the essential content of this research is to meet the requirements the above issues In the first content of the study, factors such as cultivating season and harvesting time; material size and drying temperature/sun drying; moisture content and shape of material in storage processing were investigated The results showed that the medicinal plants were planted and developed very well with optimum harvesting time of 45÷60 days after planting, medicinal plants were planted in a dry season contained more bioactive compounds than plants in a rainy season The appropriate pre-treatment was that whole plants were washed and dehydrated by sun drying/drying at 60oC until the moisture content of material was less 12%, then these plants were cut into 3÷5 cm and kept in PE package (2 layers) They could be stored well for 12 months at ambient temperature In the second content of study, effect of extracting factors (temperature, extraction time, the ratio of water and dried material); blending process (sucrose, carboxymethyl cellulose, acid citric); concentration process (vacuum levels and concentrated minutes); effect of the spray drying process of Pouzolzia zeylanica extarct, including supplemental maltodextrin combined with three gum types (arabic, carrageenan and xanthan) with different concentrations; drying air temperature and input flow rate; the content of sucrose and ascorbic acid blended g spray dried powder, after they were mixed with 100 mL of hot water; and quality change of two products in storage process were determined The optimal parameters achieved for good quality of concentrated product were extracting dried Pouzolzia zeylanica at iv 81oC for 30 minutes with a water/material ratio of 27/1 v/w; the extract was prepared with 0.29% citric acid, 20°Brix and 0.29% carboxymethyl cellulose; vacuum concentrating with 600 mmHg for 40 minutes The dissolved powder product could be achieved high quality by using 9% maltodextrin and 0.08% gum arabic, and spray dried at inlet drying temperature of 179oC, feed flow rate of 18 rpm; then mixed with the ratio of spray dried powder/sucrose/ascorbic acid that was 3/15/0.1 (w/w/w) in 100 mL hot water The concentrated samples stored at ambient temperature (28÷30oC) had loss of anthocyanin 64.21%, flavonoid 63.52%, polyphenol 45.59% and tannin 40.52%, and they were higher 1.53, 1.55, 1.41 and 1.37 times than the samples stored at low temperatures (3÷5oC) The loss of bioactive compounds in the powder samples were 51.85, 50.97, 36.64 and 33.86%, respectively In the third content of study, the activities undertaken consisted of examining the acceptance level of 150 consumers with two types of Pouzolzia zeylanica products (concentrate and soluble powder); measuring the antioxidant ability in vitro by the ferric reducing/antioxidant power (FRAP) assay, diphenyl-p-picryl hydrazyl (DPPH) radical scavenging activity, and antioxidant ability index (AAI); the antibacterial activity of gastrointestinal tract, oral toxicity, effects of phlegm and cough suppression It was observed that 75÷85% consumers evaluated the color, flavor and taste of products from “like” to “extremely like”; approximately 93÷94% consumers evaluated the product quality from “good” to “very good”; and around 80÷84% of consumers would be willing to buy in case of the product was commercialized The soluble powder had higher antioxidant activity than the concentrated product with an IC50 value of DPPH (0.98 and 3.18 mg/mL); the ability of reducing ferrous following FRAP (116.198 and 6.687 μFeSO4/100mg); the AAI index (41.792 and 14.333); respectively for two products In addition, the spray dried powder had antibacterial activity on strains of Streptococcus pyogenes with a minimum inhibitory concentration (MIC) of 50 mg/mL; at human dose of 6g/day, it influenced on reducing sputa and cough symptom due to stimulation of cough model with capsaicin In contrast, the concentrated product did not show antimicrobial activity, at a dose of g/day converted in humans, it affected on reducing sputa, but the effect of it on cough symptoms was not typical in comparison with spray dried powder Keyword: Pouzolzia zeylanica plant, harvest, process, concentrated product, spray dried powder, bioactive compounds v LỜI CAM KẾT Tôi xin cam kết luận án hoàn thành dựa kết nghiên cứu Các số liệu cơng trình nghiên cứu có xuất xứ rõ ràng Những kết luận khoa học cơng trình nghiên cứu chưa công bố luận án cấp khác Cần Thơ, ngày 15 tháng 02 năm 2019 Người hướng dẫn Nghiên cứu sinh vi MỤC LỤC LỜI CÁM ƠN i TÓM TẮT ii ABSTRACT iv LỜI CAM KẾT vi MỤC LỤC vii DANH SÁCH BẢNG xi DANH SÁCH HÌNH xiv DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT xviii CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU …1 1.1 Đặt vấn đề 1.2 Mục tiêu nghiên cứu 1.3 Nội dung nghiên cứu 1.3.1 Nghiên cứu ảnh hưởng trình thu hoạch xử lý sau thu hoạch đến hàm lượng chất sinh học thuốc dòi …………….2 1.3.2 Nghiên cứu chế biến sản phẩm từ thuốc dòi……………………2 1.3.3 Phân tích thành phần hóa sinh học, đặc tính chức khả thương mại hóa sản phẩm……………………………………….3 1.4 Ý nghĩa luận án 1.5 Điểm luận án CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN TÀI LIỆU 2.1 Tổng quan thuốc dòi 2.1.1 Phân loại thực vật 2.1.2 Nguồn gốc phân bố 2.1.3 Đặc điểm thực vật điều kiện sinh trưởng 2.1.4 Công dụng trị bệnh thuốc dòi 2.1.5 Một số nghiên cứu khác thuốc dòi 2.2 Các hợp chất có hoạt tính sinh học thuốc dòi 2.2.1 Hợp chất polyphenol 2.2.2 Hợp chất flavonoid 2.2.3 Hợp chất anthocyanin 10 2.2.4 Hợp chất tannin 11 2.3 Hoạt động chống oxy hóa hợp chất có hoạt tính sinh học từ thực vật phương pháp đánh giá 12 vii 2.4 Ảnh hưởng trình chế biến nhiệt đến hợp chất có hoạt tính sinh học từ thực vật 19 2.4.1 Quá trình sấy 19 2.4.2 Q trình trích ly 20 2.4.3 Quá trình đặc 22 2.4.4 Quá trình sấy phun 24 2.5 Các nghiên cứu có liên quan 26 2.5.1 Nghiên cứu sấy khô nguyên liệu thực vật 26 2.5.2 Nghiên cứu trích ly hoạt chất từ nguyên liệu thực vật 27 2.5.3 Nghiên cứu đặc dịch trích ly từ thực vật nước 28 2.5.4 Nghiên cứu sấy phun dịch trích ly từ thực vật nước 29 2.6 Tổng quan sản phẩm dạng cao………………………….…………… 29 2.7 Tổng quan sản phẩm trà hòa tan……………………….…………… 30 2.8 Tổng quan thử nghiệm lâm sàng dịch trích thảo dược động vật thí nghiệm…………………………………………………………… 31 2.9 Tổng quan số chất phụ gia sử dụng chế biến……………33 2.9.1 Carboxymethyl cellulose (CMC)………………………………… 33 2.9.2 Maltodextrin…………………………………………………… 34 2.9.3 Gum arabic…………………………………………………………34 2.9.4 Gum carrageenan………………………………………………… 35 2.9.5 Gum xanthan…………………………………………………… 36 CHƯƠNG 3: PHƯƠNG TIỆN VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 37 3.1 Phương tiện nghiên cứu 37 3.1.1 Địa điểm thời gian nghiên cứu 37 3.1.2 Nguyên vật liệu trang thiết bị sử dụng 37 3.2 Phương pháp nghiên cứu 38 3.2.1 Sơ đồ nghiên cứu 38 3.2.2 Nội dung nghiên cứu 40 3.2.2.1 Nghiên cứu ảnh hưởng trình thu hoạch xử lý sau thu hoạch đến hàm lượng hợp chất có hoạt tính sinh học thuốc dòi 40 Thí nghiệm 1: Khảo sát ảnh hưởng mùa vụ trồng thời điểm thu hoạch đến hàm lượng hợp chất có hoạt tính sinh học 40 Thí nghiệm 2: Khảo sát ảnh hưởng nhiệt độ sấy/phơi kích thước nguyên liệu đến hàm lượng hợp chất có hoạt tính sinh học 41 Thí nghiệm 3: Khảo sát ảnh hưởng hàm ẩm kích thước nguyên liệu đến thay đổi hàm lượng hợp chất sinh học theo thời gian bảo quản 42 viii ... QUẢ VÀ THẢO LUẬN 61 4.1 Nghiên cứu ảnh hưởng trình thu hoạch xử l sau thu hoạch đến hàm l ợng hợp chất có hoạt tính sinh học thu c dòi 61 4.1.1 Ảnh hưởng mùa vụ trồng thời điểm thu hoạch. .. tiêu nghiên cứu 1.3 Nội dung nghiên cứu 1.3.1 Nghiên cứu ảnh hưởng trình thu hoạch xử l sau thu hoạch đến hàm l ợng chất sinh học thu c dòi …………….2 1.3.2 Nghiên cứu chế biến. .. Sơ đồ nghiên cứu 38 3.2.2 Nội dung nghiên cứu 40 3.2.2.1 Nghiên cứu ảnh hưởng trình thu hoạch xử l sau thu hoạch đến hàm l ợng hợp chất có hoạt tính sinh học thu c dòi 40