NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG SÓNG SIÊU ÂM CẢI THIỆN QUÁ TRÌNH TRÍCH LY POLYPHENOL TỪ PHỤ PHẨM TRÀ OOLONG

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC NÔNG LÂM TP HỒ CHÍ MINH ******************** HỒ THỊ NGỌC TRÂM NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG SÓNG SIÊU ÂM CẢI THIỆN QUÁ TRÌNH TRÍCH LY POLYPHENOL TỪ PHỤ PHẨM TRÀ OOLONG LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM Thành phố Hồ Chí Minh, Tháng 12/2014 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC NƠNG LÂM TP HỒ CHÍ MINH ******************** HỒ THỊ NGỌC TRÂM NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG SĨNG SIÊU ÂM CẢI THIỆN Q TRÌNH TRÍCH LY POLYPHENOL TỪ PHỤ PHẨM TRÀ OOLONG Chuyên ngành: Công Nghệ Thực Phẩm Mã số : 60.54.01.01 LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM Hướng dẫn Khoa học: PGS TS PHAN PHƯỚC HIỀN ThS LƯƠNG HỒNG QUANG Thành phố Hồ Chí Minh Tháng 12/2014 NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG SĨNG SIÊU ÂM CẢI THIỆN Q TRÌNH TRÍCH LY POLYPHENOL TỪ PHỤ PHẨM TRÀ OOLONG HỒ THỊ NGỌC TRÂM Hội đồng chấm luận văn: Chủ tịch: PGS TS TRƯƠNG VĨNH Trường ĐH Nông Lâm Tp.HCM Thư ký: TS MAI HUỲNH CANG Trường ĐH Nông Lâm Tp.HCM Phản biện 1: PGS TS NGUYỄN QUỐC HIẾN Trung tâm Bức xạ Tp.HCM Phản biện 2: TS KHA CHẤN TUYỀN Trường ĐH Nông Lâm Tp.HCM Ủy viên: TS ĐẶNG QUỐC TUẤN Trường Đại học Quốc Tế i LÝ LỊCH CÁ NHÂN Tôi tên Hồ Thị Ngọc Trâm sinh ngày 03 tháng năm 1989 quận Bình Thạnh, thành phố Hồ Chí Minh Tốt nghiệp PTTH Trường Trung học phổ thơng Nguyễn Hữu Hn, thành phố Hồ Chí Minh năm 2007 Tốt nghiệp Đại học ngành Bảo quản Chế biến Nơng sản thực phẩm hệ quy Đại học Nơng Lâm thành phố Hồ Chí Minh năm 2011 Tháng 10 năm 2012 theo học Cao học ngành Công nghệ thực phẩm trường Đại học Nông Lâm, Thủ Đức, thành phố Hồ Chí Minh Địa liên lạc: 43/18, đường 8, khu phố 3, Linh Trung, Thủ Đức, thành phố Hồ Chí Minh Điện thoại: 0908 805 317 Email: hotram3489@yahoo.com.vn ii LỜI CAM ĐOAN Tôi cam đoan cơng trình nghiên cứu tơi Các số liệu, kết nêu luận văn trung thực chưa công bố cơng trình Học viên Hồ Thị Ngọc Trâm iii CẢM TẠ Luận văn nghiên cứu ứng dụng sóng siêu âm cải thiện q trình trích ly polyphenol từ phụ phẩm trà oolong kết trình học tập nghiên cứu khoa Công Nghệ Thực Phẩm, trường Đại học Nơng Lâm thành phố Hồ Chí Minh Để hoàn thành tốt đề tài này, tác giả nhận quan tâm giúp đỡ gia đình, thầy bạn bè ln giúp đỡ động viên tơi suốt q trình học tập thực Tác giả chân thành cảm ơn quý thầy cô tham gia giảng dạy lớp cao học khóa 2012 chun ngành Cơng nghệ Thực phẩm; cảm ơn Lê Thị Thủy, phòng thí nghiệm Hóa sinh, thầy Phạm Minh Trung, phòng thí nghiệm Kỹ thuật thực phẩm, thầy cô Viện Nghiên cứu Công Nghệ Sinh Học Môi Trường tạo điều kiện thuận lợi trình thực đề tài; cám ơn ban giám đốc Công ty Cổ phần chế biến hàng xuất Cầu Tre, Công ty Trà Cầu Tre cung cấp nguyên liệu thí nghiệm cho đề tài Đặc biệt, tác giả xin bày tỏ long biết ơn sâu sắc đến PGS.TS Phan Phước Hiền, ThS Lương Hồng Quang tận tình hướng dẫn giúp đỡ tác giả hồn thành luận văn TP Hồ Chí Minh, tháng 11 năm 2014 Tác giả luận văn Hồ Thị Ngọc Trâm iv TÓM TẮT Đề tài “Nghiên cứu ứng dụng sóng siêu âm cải thiện q trình trích ly polyphenol từ trà oolong phụ phẩm” tiến hành Khoa Công Nghệ Thực Phẩm Viện Nghiên Cứu Công Nghệ Sinh Học Môi Trường, Trường Đại học Nông Lâm TP HCM, thời gian từ tháng 01 năm 2014 đến tháng 10 năm 2014 Mục tiêu nghiên cứu xác định điều kiện ảnh hưởng đến trình trích ly có hỗ trợ sóng siêu âm nhằm thu polyphenol từ trà oolong phụ phẩm (trà vụn, trà cám) nhằm nâng cao hiệu suất trích ly Sử dụng phương pháp trích ly dung mơi kết hợp sóng siêu âm tần số 40 kHz, cơng suất 250W để trích polyphenol từ phụ phẩm trà oolong Các yếu tố ảnh hưởng đến q trình trích ly nghiên cứu khảo sát gồm: tỉ lệ nguyên liệu : dung mơi trích ly (từ 1:15 đến 1:40), nồng độ dung mơi ethanol trích ly (từ 0% (nước cất) đến 99,7% v/v), thí nghiệm bố trí ngẫu nhiên yếu tố, thí nghiệm lặp lại lần Tối ưu hóa q trình trích ly polyphenol ứng dụng siêu âm với yếu tố: nhiệt độ trích ly, thời gian nồng độ dung mơi ethanol trích ly bố trí theo phương pháp bề mặt đáp ứng kiểu Box-Behnken với hỗ trợ phần mềm xử lý số liệu JMP 9.0.2, thí nghiệm lặp lại lần Kết tối ưu yếu tố sử dụng để xác định ảnh hưởng siêu âm đến hàm lượng polyphenol tổng thu được, qua xác định kích thước mẫu trà oolong vụn đem trích Hàm lượng polyphenol từ trà oolong vụn trích ly phương pháp có hỗ trợ siêu âm giá trị tối ưu nhiệt độ, thời gian, nồng độ ethanol so sánh với lượng polyphenol trích phương pháp sử dụng dung mơi, trích ly có hỗ trợ vi sóng ngâm trích Ba mẫu dịch chiết polyphenol từ vụn trà oolong, trà oolong sau diệt men, trà oolong thành phẩm đánh giá hoạt tính kháng oxy hóa so với đối chứng vitamin C phương pháp quét gốc tự DPPH (FRS %), giá trị IC50 v Nghiên cứu đạt kết sau: hàm lượng polyphenol tổng trích từ trà oolong phụ phẩm phương pháp dung môi kết hợp siêu âm đạt 13,27% chất khô nhiệt độ 55oC 45 phút, dung môi ethanol 45% v/v, tỉ lệ nguyên liệu:dung môi 1:25 với tần số 40 kHz, cơng suất 1000 W/l, kích thước trà < mm Kết cao 10,24% so với hàm lượng polyphenol tổng trích dung mơi điều kiện trích ly (11,95%) Hoạt tính kháng oxy hóa dịch chiết từ trà oolong vụn, trà sau diệt men, trà oolong thành phẩm đánh giá giá trị IC50 15,69; 19,07; 12,02 µg/ml so với hoạt tính vitamin C với IC50 16,47 µg/ml vi ABSTRACT A study “Research on application of ultrasonic wave to improve polyphenols extraction process from the byproducts of oolong tea” was carried out at the Faculty of Food Science and Technology and the Institute of Biotechnology and Environment, Nong Lam University, Ho Chi Minh city from January to October, 2014 The main objective of this study was to optimize factors effecting on the extraction process conditions of the byproducts of oolong tea using the ultrasound assisted extraction (UAE) method to achieve the highest polyphenol contents An ultrasonic cleaning bath (40 kHz, 250W) was used in this work Effects of solid/liquid ratio (from 1:15 to 1:40 (g/ml)), temperature (40 - 60°C), sonication time (30 - 50 min) and concentration of ethanol (0 – 99.7% v/v) were determined The experimental design with one-factor was randomly performed and each treatment was replicated three times Optimization process for the extraction conditions of polyphenol from the byproducts of oolong tea with three factors including temperature, time and solvent concentration (ethanol/water) was run using response surface methodology with Box-Behnken design by using JMP software, version 9.0.2 The optimal values (temperature, time, ethanol concentration) were used to determine the effects of ultrasound and materials size on concentration of total polyphenols Total polyphenols extracted from byproducts of oolong tea using UAE (40 kHz, power 250W) under the optimal conditions was used to compare with the one extracted by an organic solvent, microwase assisted extraction method and 24 hours douse extraction Three different materials of oolong tea were determined of antioxidant activity by the DPPH radical scavenging method with IC50 value, vitamin C was used as a control Results showed that high extraction efficiency of about 13.27% was achieved at the extraction conditions including temperature of 55oC, time of 45 minutes, vii ethanol concentration of 45% v/v, solid/liquid ratio of 1:25, tea particle size < mm by UAE method (40 kHz, 1000W/l) Total polyphenols concentraction extracted by using UAE under the optimal conditions were higher 10.24% than the one extracted by an organic solvent in the same extracted conditions (11.95%) Antioxidant activity of three different materials of oolong tea was IC50 = 15.69; 19.07; 12.02 µg/ml; IC50 of vitamin C was 16.47 µg/ml viii 85 4.1 Kết phân tích EGCG caffeine dịch chiết từ trà oolong vụn 4.2 Kết phân tích EGCG caffeine dịch chiết từ trà sau diệt men 86 4.3 Kết phân tích EGCG caffeine dịch chiết từ trà oolong thành phẩm Phụ lục 5: Dựng đường chuẩn acid gallic bằng phương pháp quang phổ UVVis 0.8 y = 0.0136x + 0.0105 R² = 0.9990 0.7 Độ hấp thụ 0.6 0.5 0.4 0.3 0.2 0.1 0 20 40 Nồng độ acid gallic (µg/ml) 87 60 Phụ lục 6: Kết xử lý thống kê ảnh hưởng tỉ lệ nguyên liệu:dung môi đến hàm lượng polyphenol tổng 88 89 Phụ lục 7: Kết xử lý thống kê ảnh hưởng nồng độ dung môi đến hàm lượng polyphenol tổng 90 91 Phụ lục 8: Kết xử lý thống kê xác định thông số tối q trình trích ly polyphenol có hỗ trợ siêu âm 92 93 Phụ lục 9: Kết khảo sát ảnh hưởng kích thước mẫu đến hiệu suất siêu âm Kích thước mẫu (mm) UAE UAE UAE UAE 2 V (ml) m (g) OD1 OD2 OD3 TPC1 (%) TPC2 (%) TPC3 (%) TB (%) SD 250 250 250 250 250 250 250 250 10 10 10 10 10 10 10 10 0,656 0,591 0,57 0,442 0,531 0,406 0,574 0,426 0,655 0,598 0,561 0,454 0,52 0,408 0,566 0,431 0,658 0,6 0,563 0,437 0,512 0,403 0,576 0,432 13,1623 11,8369 11,4201 8,8074 10,7229 8,1477 11,5569 8,5215 13,1419 11,9796 11,2364 9,0524 10,4963 8,1889 11,3928 8,6241 13,2031 12,0204 11,2772 8,7054 10,3315 8,0859 11,5979 8,6446 13,1691 11,9456 11,3112 8,8551 10,5169 8,1409 11,516 8,5967 0,0311 0,0964 0,0965 0,1783 0,1965 0,0518 0,1085 0,0659 < mm – 1,4 mm 1,4 – mm Hình P9.1 Trà oolong vụn phân loại thành nhiều kích thước 94 > mm FRS (%) 10,2418 27,7372 29,186 33,9563 Phụ lục 10: Kết đánh giá cảm quan chế phẩm dạng bột dịch chiết trà oolong 10 màu 3 4 4 3 mùi 3 3 3 3 vị 4 4 độ tan 3 2 3 màu 3 3 mùi 3 2 2 vị 3 2 4 độ tan 3 2 3 màu 3 4 mùi 3 3 3 3 vị 4 5 3 độ tan 3 2 3 CQV 302 189 275 302: chế phẩm từ dịch chiết polyphenol trà oolong vụn 189: chế phẩm từ dịch chiết polyphenol trà sau diệt men 275: chế phẩm từ dịch chiết polyphenol trà oolong thành phẩm 95 302 189 275 Hình P10.1 Màu nước pha ba mẫu cảm quan Phụ lục 11: Bảng kết khảo sát ảnh hưởng tỉ lệ ngun liệu/dung mơi đến q trình trích ly polyphenol Tỉ lệ nguyên liệu/dung môi 1/15 1/20 1/25 1/30 1/35 1/40 V (ml) m (g) OD1 OD2 OD3 TPC1 (%) TPC2 (%) TPC3 (%) TB (%) SD 250 250 250 250 250 250 16,67 12,5 10 8,33 71,428 6,25 0,827 0,779 0,655 0,576 0,499 0,439 0,833 0,738 0,658 0,557 0,517 0,445 0,82 0,755 0,644 0,55 0,498 0,456 9,8963 12,3919 12,9839 13,6928 13,7977 13,823 9,9487 11,7254 13,0443 13,2247 14,2963 14,0057 9,7753 12,0103 12,7621 13,0633 13,7506 14,3606 9,8734 12,0426 12,9301 13,3269 13,9482 14,0631 0,4573 0,4403 0,2138 0,5792 0,2882 0,3287 96 Phụ lục 12: Bảng kết khảo sát ảnh hưởng nồng độ dung mơi đến q trình trích ly polyphenol Nồng độ EtOH (%) Nước 30 40 50 60 70 80 99,7 V (ml) m (g) OD1 OD2 OD3 TPC1 (%) TPC2 (%) 250 250 250 250 250 250 250 250 10 10 10 10 10 10 10 10 0,452 0,557 0.556 0,663 0,595 0,573 0,541 0,249 0,455 0,564 0,56 0,658 0,57 0,562 0,531 0,261 0,445 0,555 0,561 0,671 0,606 0,568 0,555 0,26 8,8274 11,0791 10,8144 12,9376 11,7799 11,3362 10,7484 4,7682 8,8864 11,221 10,8938 12,8582 11,679 11,1143 10,5457 5,0082 TPC3 (%) TB (%) SD 8,6877 8,8007 0,1026 11,0386 11,1129 0,0958 10,9335 10,8805 0,0606 13,0963 12,964 0,1212 12,0017 11,8202 0,1651 11,2353 11,22286 0,111 11,0321 10,7754 0,2443 4,9881 4,9215 0,1331 Phụ lục 13: Bảng kết thí nghiệm tối ưu hóa thơng số q trình trích ly polyphenol từ trà oolong vụn -0-0+ -+0 0-0-+ 000 000 000 0+0++ +-0 +0+0+ ++0 V (ml) 250 250 250 250 250 250 250 250 250 250 250 250 250 250 250 m (g) OD1 OD2 OD3 10 10 10 10 10 10 10 10 10 10 10 10 10 10 10 0,589 0,627 0,623 0,629 0,638 0,618 0,653 0,654 0,658 0,666 0,659 0,629 0,664 0,643 0,658 0,592 0,627 0,622 0,627 0,638 0,621 0,652 0,654 0,655 0,665 0,652 0,627 0,664 0,642 0,656 0,587 0,628 0,621 0,628 0,637 0,620 0,653 0,654 0,660 0,665 0,656 0,628 0,663 0,641 0,652 TPC1 (%) 11,5821 12,3399 12,2612 12,3826 12,5729 12,1592 12,8621 12,8877 12,964 13,1235 12,9788 12,3802 13,0925 12,6662 12,962 97 TPC2 (%) 11,6417 12,3467 12,2427 12,3426 12,5636 12,2243 12,842 12,8906 12,8963 13,1078 12,836 12,3359 13,0905 12,6458 12,9227 TPC3 (%) 11,5419 12,3674 12,2224 12,3628 12,5376 12,1961 12,8582 12,8812 13,0122 13,1117 12,9207 12,3624 13,0701 12,6207 12,8352 TB (%) SD 11,5886 12,3513 12,2421 12,3627 12,5580 12,1932 12,8541 12,8865 12,9575 13,1143 12,9118 12,3595 13,0844 12,6442 12,9066 0,0502 0,0143 0,0194 0,0200 0,0183 0,0326 0,0107 0,0048 0,0582 0,0082 0,0718 0,0223 0,0124 0,0228 0,0649 Phụ lục 14: Bảng kết so sánh ảnh hưởng phương pháp trích ly đến hàm lượng polyphenol tổng (Nồng độ EtOH 45%) Phương V pháp trích (ml) ly UAE 250 O 55 C, 45’ 250 70OC, 60’ 250 MAE 250 Ngâm 250 m (g) OD1 OD2 OD3 TPC1 (%) TPC2 (%) TPC3 (%) 10 10 10 10 10 0,654 0,571 0,662 0,768 0,547 0,65 0,576 0,658 0,767 0,53 0,664 0,589 0,65 0,769 0,539 13,1522 11,2212 12,6384 14,6946 10,4074 13,0704 11,3213 12,5608 14,6752 10,0777 13,3565 11,5816 12,4056 14,714 10,2523 TB (%) SD 13,193 0,1474 11,3747 0,186 12,5349 0,1185 14,6946 0,0194 10,2458 0,165 Phụ lục 15: Bảng kết đánh giá hàm lượng polyphenol tổng dịch chiết chế phẩm Mẫu Dạng trà vụn trà SDM TP dịch CP dịch CP dịch CP W (%) 9,85 4,53 37,44 5,23 5,53 4,63 OD1 OD2 OD3 0,667 0,437 0,484 0,462 0,899 0,648 0,664 0,444 0,477 0,464 0,88 0,649 0,653 0,443 0,484 0,466 0,87 0,651 TPC1 (%) 13,3866 8,2136 13,9131 8,8755 17,1454 12,2753 98 TPC2 (%) 13,3254 8,3506 13,7074 8,8244 16,7788 12,2948 TPC3 (%) 13,1011 8,3308 13,9131 8,8633 16,5858 12,3337 TB (%) SD 13,271 8,2983 13,8445 8,8244 16,8367 12,3013 0,1503 0,074 0,1188 0,0389 0,2842 0,0297 Phụ lục 16: Bảng kết đo OD % DPPH bị bắt gốc tự vitamin C Nồng độ (µg/ml) A (OD 517 nm) FRS (%) 1,389 10 0,982 29,30 20 0,557 59,90 30 0,101 92,73 40 0,048 96,54 50 0,047 96,62 Phụ lục 17: Bảng kết đo OD % DPPH bị bắt gốc tự ba mẫu trà thí nghiệm Nồng độ (µg/ml) trà vụn trà SDM TP trà vụn trà SDM TP 10 20 30 40 50 0,969 0,618 0,374 0,209 0,104 0,049 1,025 0,703 0,51 0,359 0,245 0,135 0,994 0,512 0,219 0,070 0,041 0,039 36,26 61,37 78,47 89,23 94,98 31,41 50,24 64,98 76,1 86,86 48,52 77,93 92,92 95,91 96,08 A (OD 517 nm) FRS (%) 99