Ứng dụng lên men, xử lý nhiệt và nano trong chế biến tỏi

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC CẦN THƠ NGUYỄN ÁI THẠCH ỨNG DỤNG CÁC KỸ THUẬT LÊN MEN, XỬ LÝ NHIỆT VÀ NANO TRONG CHẾ BIẾN VÀ NÂNG CAO GIÁ TRỊ CÁC CHẤT CÓ HOẠT TÍNH SINH HỌC TRONG TỎI LUẬN ÁN TIẾN SĨ NGÀNH CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM MÃ NGÀNH 62540101 2020 luan an BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC CẦN THƠ NGUYỄN ÁI THẠCH ỨNG DỤNG CÁC KỸ THUẬT LÊN MEN, XỬ LÝ NHIỆT VÀ NANO TRONG CHẾ BIẾN VÀ NÂNG CAO GIÁ TRỊ CÁC CHẤT CÓ HOẠT TÍNH SINH HỌC TRONG TỎI LUẬN ÁN TIẾN SĨ NGÀNH CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM MÃ NGÀNH 62540101 NGƯỜI HƯỚNG DẪN PGs. NGUYỄN MINH THỦY Ts. HÀ PHƯƠNG THƯ 2020 luan an LỜI CẢM TẠ Tôi xin chân thành cảm ơn PGs. Nguyễn Minh Thủy và Ts.

Hà Phương Thư đã hướng dẫn tận tình; truyền đạt những kiến thức, kinh nghiệm quý báu; động viên và giúp đỡ tôi rất nhiều để tôi hoàn thành luận án tiến sĩ. Tôi xin thể hiện lòng biết ơn đến: Quý Thầy, Cô và các anh, chị, em nghiên cứu viên trong Bộ môn Công nghệ Thực phẩm, Khoa Nông nghiệp, Trường Đại học Cần Thơ đã truyền đạt kiến thức và quan tâm, giúp đỡ tôi trong quá trình học tập, nghiên cứu. Tập thể cán bộ Phòng Vật liệu Nano Y sinh, Viện Khoa học Vật liệu; Phòng Hóa sinh Ứng dụng, Phòng Hoạt chất Sinh học, Phòng Nghiên cứu các hợp chất thiên nhiên, Viện Hóa học; Phòng Công nghệ sinh học Enzyme, Viện Công nghệ Sinh học; Phòng Thiết bị dùng chung, Viện Kỹ thuật Nhiệt đới; Viện Hóa học các hợp chất thiên nhiên – Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam đã tạo điều kiện nghiên cứu, giúp đỡ và truyền đạt kiến thức cho tôi. Tập thể cán bộ Phòng nghiên cứu chuyên sâu, Trường Đại học Cần Thơ đã giúp đỡ tôi trong quá trình nghiên cứu.

Các anh, chị, em và tập thể lớp Cao học Công nghệ sau thu hoạch K21 đã hỗ trợ tôi trong quá trình nghiên cứu. Tôi xin gửi lời cảm ơn đến: Ban giám hiệu Trường Đại học Cần Thơ; Ban giám hiệu Trường Đại học Tiền Giang; Lãnh đạo Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam; Ban chủ nhiệm Khoa Nông nghiệp; Lãnh đạo Viện Nghiên cứu và Phát triển Công nghệ Sinh học; Ban chủ nhiệm Khoa Sau đại học; Đã tạo điều kiện, giúp đỡ tôi trong suốt thời gian học tập và làm luận án. Ngoài ra, tôi xin gửi lời cảm ơn sâu sắc đến Ba Mẹ và người thân đã nuôi dạy và giúp đỡ, động viên tôi rất nhiều trong suốt quá trình học tập, nghiên cứu làm luận án. Trân trọng, Nguyễn Ái Thạch luan an TÓM TẮT Các sản phẩm chế biến từ tỏi (Allium sativum L.) có thể mở ra hướng sử dụng tỏi nhiều hơn để đáp ứng nhu cầu sức khỏe và phòng chống bệnh tật cho người sử dụng.

Tỏi đen hoặc tỏi lên men thể hiện tác dụng chống oxy hóa mạnh mẽ và hương vị dịu hơn so với tỏi tươi. Bên cạnh đó, hội tụ của công nghệ nano với các công nghệ khác cũng sẽ tác động lớn đến sản xuất, chế biến và bảo quản tỏi. Vì vậy, nghiên cứu tác động của kỹ thuật chế biến, bảo quản, xây dựng các mô hình động học biến đổi các hoạt chất quan trọng trong các sản phẩm từ tỏi với công nghệ nano được ứng dụng nhằm duy trì và nâng cao chất lượng sản phẩm cho quá trình sử dụng ở mức độ cao và hiệu quả hơn. Củ tỏi được thu hoạch ở độ tuổi 130-135 ngày sau khi gieo có chất lượng cao nhất và cường độ hô hấp thấp.

Nhiệt độ 0 oC cung cấp điều kiện tồn trữ tốt nhất đảm bảo chất lượng của củ tỏi đến 180 ngày tồn trữ trong bao bì vải lưới. Trong chế biến tỏi đen, cả hai biện pháp chần và lạnh đông tỏi nguyên củ đều cho hàm lượng các hợp chất sinh học cao hơn so với tỏi tươi. Thực hiện quá trình đông lạnh tỏi trong thời gian 36 giờ ở nhiệt độ -18 oC là biện pháp tiền xử lý hiệu quả cho hàm lượng các hợp chất sinh học và khả năng chống oxy hóa cao. Nhiệt độ 70oC tạo điều kiện thuận lợi cho quá trình chế biến tỏi đen, cụ thể hàm lượng polyphenol tăng 6,5 lần so với tỏi tươi.

Các thông số tối ưu đạt được khi sấy tỏi đen ở nhiệt độ 58,78oC với thời gian 12,25 giờ. Ngoài ra, sản phẩm tỏi đen có khả năng tồn trữ tốt ở nhiệt độ mát (5oC) trong bao bì nhôm. Trong điều kiện này, hàm lượng các hợp chất sinh học trong sản phẩm được duy trì ở mức độ cao nhất. Trong chế biến tỏi lên men lactic, các tép tỏi được chần ở nhiệt độ 80oC trong 90 giây thể hiện sự tổn thất thấp nhất các hợp chất trên.

Trong quá trình lên men acid lactic, hàm lượng polyphenol và flavonoid tổng số, hoạt tính chống oxy hóa của tỏi tăng lên đáng kể. Trong khi đó, hàm lượng thiosulfinate giảm dần sau 6 ngày lên men trong dung dịch có nồng độ muối NaCl 1% và mật độ vi khuẩn Lactobacillus plantarum 10 6 CFU/mL. Bên cạnh đó, sản phẩm tỏi lên men lactic vẫn duy trì được các hợp chất sinh học (polyphenol, flavonoid và thiosulfinate) và khả năng chống oxy hóa khi được bảo quản ở điều kiện nhệt độ 4-6 oC trong dung dịch lên men thanh trùng trong thời gian 2 tháng. i luan an Từ các kết quả đạt được (được đề cập phần trên) cho thấy tỏi đen là sản phẩm chứa nhiều hợp chất có hoạt tính sinh học hơn tỏi lên men lactic.

Hệ nano tỏi đen được chế tạo bởi alginate có kích cỡ hạt trong khoảng 60-80 nm đo bằng kính hiển vi điện tử quét và phân bố trong nước với kích thước 109- 178 nm. Các hạt nano tỏi đen phân tán khá ổn định với điện thế zeta -11-22,5 mV và không có sự hình thành các hợp chất mới trong quá trình chế tạo hạt nano thông qua phổ chuyển đổi hồng ngoại Fourier. Hệ nano tỏi đen đều dương tính và có hoạt tính vượt trội so với tỏi đen trên tế bào ung thư biểu mô biểu bì miệng, tế bào ung thư gan, tế bào ung thư phổi, tế bào ung thư biểu mô thận khỉ, tế bào ung thư da và âm tính với tế bào ung thư vú. Trong khi đó, hệ nano tỏi đen đều thể hiện hoạt tính trên tất cả bảy dòng vi sinh vật thử nghiệm.

Hệ nano tỏi đen có thể ức chế enzyme - glucosidase gây bệnh tiểu đường nhưng không có tác dụng đối với AChE gây bệnh Alzheimer. Ngoài ra, hạt nano tỏi đen sử dụng an toàn cho chuột ở liều sử dụng 250 mg/kg trọng lượng cơ thể và có khả năng hạ đường huyết ở chuột bệnh tiểu đường từ 421 xuống còn 195 mg/dL sau 21 ngày điều trị. Từ khóa: Chống oxy hóa, lão hóa, lên men, nano hóa, tỏi, tồn trữ. ii luan an SUMMARY The products made from garlic (Allium sativum L.) which might help to use more garlic for health promotion and disease prevention.

Black garlic or lacto-fermented garlic has strong antioxidant and milder flavor than fresh garlic. Besides that, convergence of nanotechnology with other technologies also has a major impact on production, processing and preservation of garlic. Therefore, study the effect of processing techniques, preservation and construction of kinetic model to describe the bioactive compounds changes in garlic products with nanotechnology applications will be helpful to maintain and enhance quality products in order to use them efficiently. Raw garlic bulbs were harvested at 130-135 days after planting which had the highest quality and low respiration rate.

The temperature at 0°C provides the best storage conditions for garlic quality up to 180 days during storage in mesh bag. For black garlic processing, both blanching and freezing treatments help to improve bioactive compounds than fresh garlic. Among the pretreatment conditions, frozen garlic at -18 oC for 36 hours had the greatest impact on the total phenolic content, flavonoid and antioxidant activities of garlic. These results indicated that freezing can promote the generation of functional materials.

At 70oC, the total polyphenol content increased by about 6.5 times in black garlic than that in fresh garlic. The optimal drying was found at 58.25 hours by means of response surface methodology. Moreover, black garlic has good storage capacity at low temperature (about 5oC) in aluminum packaging. In this condition, the content of bioactive compounds in which is maintained to the highest level.

For lacto-fermented garlic processing, the obtained results showed that the minor losses in bioactive compounds were observed after blanching operation at 80 oC for 90 seconds. Pickled garlic processing with bacteria density of 106 CFU/mL after 6 days showed the highest polyphenol content than that with 10 5 and 107 CFU/mL. Besides, additional salt concentration also affects the polyphenol content. Pickled garlic in salt concentration solution of NaCl 1% and Lactobacillus plantarum density about 10 6 CFU/mL after 6 days of fermentation showed that phenolic and flavonoid contents and radical scavenging activity using DPPH method of garlic increased significantly while decreasing thiosulfinate content.

In addition, lacto-fermented garlic still maintains bioactive compounds such as polyphenols, flavonoids and iii luan an thiosulfinates and antioxidant capacity when that was stored at 4-6°C in pasteurized fermentation solution for two months. The above results showed that black garlic is a product containing more bioactive compounds than pickled garlic. The black garlic nanoparticles produced by alginate polymer had a particle size of 60-80 nm using SEM and were distributed in water with particle size about 109-178 nm. Black garlic nanoparticles well dispersed stability with zeta potential about -11.

There were not new substances were formed during nanoparticles creating by using FT-IR. Black garlic nanoparticles system are positive for human oral cancer cells, liver cancer cells, lung cancer cells, monkey kidney cancer cells, skin cancer cells and negative for breast cancer cells. They showed inhibited activity on seven microorganism lines in this study. Black garlic nanoparticles may inhibit -glucosidase enzyme which is involved diabetic but not AChE that is involved Alzheimer's.

Nanosize of black garlic systems were safety at doses of 250 mg/kg body weight and were hypoglycemic in the diabetic rats from 421 to 195 mg/dL after 21 days of treatment. Từ khóa: Aged, antioxidant, fermentation, garlic, nanoization, storage. iv luan an CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập – Tự do – Hạnh phúc ----------------------------------- LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan luận án này được thực hiện và hoàn thành dựa trên các kết quả nghiên cứu của tôi và những kết quả này chưa được sử dụng cho bất kỳ luận án cùng cấp nào. Cần Thơ, ngày……tháng……năm 2020 Cán bộ hướng dẫn chính Tác giả luận án (ký, ghi rõ họ tên) (ký, ghi rõ họ tên) Nguyễn Minh Thủy Nguyễn Ái Thạch Cán bộ hướng dẫn phụ (ký, ghi rõ họ tên) Hà Phương Thư v luan an MỤC LỤC TÓM TẮT.

iii DANH SÁCH BẢNG.ix DANH SÁCH HÌNH .xi DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT .xvi Chương 1: GIỚI THIỆU.2 Mục tiêu nghiên cứu .1 Mục tiêu chung.2 Mục tiêu cụ thể.3 Nội dung nghiên cứu .