Luận án tiến sĩ: Ảnh hưởng thu hoạch chế biến cây thuốc dòi (Pouzolzia zeylanica L. Benn) - Trường Đại học Cần Thơ

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 CÓ HOẠT TÍNH SINH HỌC TRONG CÂY THUỐC DÒI (Pouzolzia zeylanica L. Benn) LUẬN ÁN TIẾN SĨ NGÀNH CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM MÃ NGÀNH: 9540101 2018 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 CÓ HOẠT TÍNH SINH HỌC TRONG CÂY THUỐC DÒI (Pouzolzia zeylanica L. Benn) LUẬN ÁN TIẾN SĨ NGÀNH CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM MÃ NGÀNH: 9540101 CÁN BỘ HƯỚNG DẪN PGS. NGUYỄN MINH THỦY 2018 LỜI CẢM ƠN Tôi xin chân thành cảm ơn đến tất cả những người đã hỗ trợ và giúp đỡ tôi hoàn thành luận án nghiên cứu khoa học này, trong đó có thể nhắc đến: - Phó giáo sư, Tiến sĩ Nguyễn Minh Thủy, một người Cô kính mến đã tận tâm giảng dạy và chỉ bảo cho tôi trong suốt 4 năm học nghiên cứu sinh vừa qua.

Cô đã hỗ trợ tôi rất nhiều trong việc tiếp cận các phương pháp mới để bố trí thí nghiệm và xử lý số liệu. Một lần nữa tôi xin chân thành cám ơn Cô rất nhiều. - Ban Giám Hiệu Trường Đại học Cần Thơ, Ban chủ nhiệm Khoa Nông nghiệp và Sinh học Ứng dụng; Ban chủ nhiệm Bộ môn Công nghệ Thực phẩm, Các phòng ban chức năng đã tạo mọi điều kiện thuận lợi để tôi có thể hoàn thành tốt quá trình học tập và nghiên cứu trong thời gian qua. - Ban Giám Hiệu Trường Đại học An Giang, Ban chủ nhiệm Khoa Nông nghiệp và Tài nguyên Thiên nhiên; Ban chủ nhiệm Bộ môn Công nghệ Thực phẩm, Các phòng ban chức năng đã giúp đỡ tôi trong việc sắp xếp công việc để hoàn thành tốt được công tác giảng dạy và học tập nghiên cứu sinh.

- Phó giáo sư, Tiến sĩ Nguyễn Văn Thành, Viện Nghiên cứu và Phát triển Công nghệ sinh học; Tiến sĩ Nguyễn Văn Cương, Khoa Công nghệ Trường Đại học Cần Thơ đã hỗ trợ tôi trong quá trình thực hiện các nghiên cứu. - Các bạn Lê Quốc Việt và Võ Tấn Thạnh học viên cao học Khóa 20 Trường Đại học Cần Thơ. Các bạn sinh viên khóa ĐH12TP, ĐH13TP, ĐH14TP và ĐH15TP Trường Đại học An Giang đã hỗ trợ cùng tôi trong việc thực hiện các nghiên cứu. - Gia đình tôi, Ba mẹ và các anh em tôi, đặc biệt là Bà xã yêu quý Võ Thị Xuân Tuyền và hai con Nguyễn Võ Thùy Chi, Nguyễn Duy Khoa đã ủng hộ tôi hết mình cả vật chất lẫn tinh thần để tôi có thể yên tâm học tập và nghiên cứu hoàn thành tốt được luận án.

Người viết NCS. NGUYỄN DUY TÂN i TÓM TẮT Cây thuốc dòi (Pouzolzia zeylanica L. Benn) là một trong những loài thực vật thuốc, được người dân ở các nước châu Á sử dụng để chữa trị rất nhiều bệnh khác nhau theo phương pháp truyền thống. Ở Việt Nam, cây thuốc dòi được trồng phổ biến ở khu vực Đồng bằng sông Cửu Long, được sử dụng ở dạng cây tươi hay khô, sắc thành nước uống để chữa trị bệnh ho lâu năm, ho lao và viêm họng.

Ngày nay trong y học, cây thuốc dòi được kết hợp với những vị thuốc khác có khả năng chống lại tế bào ung thư, bệnh lao và tác dụng bổ phổi. Nhiều nghiên cứu đã công bố cho thấy dịch trích từ cây thuốc dòi chứa nhiều hợp chất sinh học với những đặc tính kháng khuẩn, kháng nấm và chống oxy hóa. Tuy nhiên, cho đến nay loài thực vật này vẫn chưa được nghiên cứu đầy đủ về khả năng trồng và thu hoạch; sơ chế và bảo quản nguyên liệu; cũng như chế biến thành các sản phẩm thực phẩm tiện dụng có khả năng hỗ trợ trong việc phòng và điều trị bệnh, bồi bổ cơ thể. Vì thế, nội dung nghiên cứu chính của luận án là nhằm giải đáp được những vấn đề nêu trên.

Trong nghiên cứu, sử dụng phương pháp bề mặt đáp ứng (RSM) trong phần mềm STATGRAPHIC để thiết kế thí nghiệm và tối ưu hóa các thông số của tiến trình. Trong giai đoạn đầu của nghiên cứu, ảnh hưởng của quá trình thu hoạch và xử lý sau thu hoạch đến khả năng duy trì các hợp chất sinh học trong cây thuốc dòi được nghiên cứu. Trong đó, mùa vụ trồng (mùa nắng và mùa mưa) và thời gian thu hoạch (30, 45, 60, 75 và 90 ngày tuổi sau khi trồng); nhiệt độ sấy (60, 70, 80, 90 và 100oC) và phơi nắng; điều kiện bảo quản nguyên liệu trong bao bì PE ghép mí (dạng bột nghiền và cắt khúc với hàm ẩm khác nhau) được quan tâm. Kết quả nghiên cứu cho thấy cây thuốc dòi được trồng và phát triển rất tốt với thời gian thu hoạch tối ưu từ 4÷8 tuần tuổi sau khi trồng, cây thuốc dòi được trồng từ tháng 1÷4/2015 (vào mùa nắng) chứa nhiều hợp chất có hoạt tính sinh học hơn so với cây trồng từ tháng 7÷10/2015 (vào mùa mưa).

Chế độ sơ chế thích hợp là cây thuốc dòi được rửa sạch và làm khô bằng cách phơi nắng/sấy khô ở 60oC tới độ ẩm nhỏ hơn 12%, sau đó cắt khúc 3÷5 cm cho vào bao bì PE (2 lớp). Chúng có thể được bảo quản tốt trong 12 tháng ở nhiệt độ phòng. Trong giai đoạn nghiên cứu thứ hai, ảnh hưởng của các yếu tố đến quá trình chế biến sản phẩm cao lỏng và bột hòa tan từ cây thuốc dòi được thực hiện, bao gồm (i) thiết kế các bố trí thí nghiệm cho quy trình sản xuất cao lỏng theo dạng phức hợp điểm tâm (CCD) sử dụng phương pháp bề mặt đáp ứng (RSM) với các nhân tố được khảo sát như nhiệt độ và thời gian trích ly (70÷90oC và 20÷40 phút, tương ứng); tỷ lệ nước/thuốc dòi khô (20/1÷30/1 v/w); acid citric (0,2÷0,4%), ii đường sucrose (15÷25oBrix) và carboxymethyl cellulose (0,2÷0,4%) và cô đặc (độ chân không 550÷650 mmHg trong thời gian 30÷40 phút). Các thông số tối ưu đạt được cho quá trình trích ly thuốc dòi khô là nhiệt độ 81oC trong 30 phút với tỷ lệ nước/nguyên liệu là 27/1 (v/w).

Dịch trích được phối chế với 0,29% acid citric, 20oBrix và 0,29% carboxymethyl cellulose; cô đặc ở độ chân không 600 mmHg trong 40 phút cho sản phẩm cao lỏng 60oBrix, độ nhớt 538 mPas, aw 0,91 và pH 3,9; hàm lượng anthocyanin, flavonoid, polyphenol và tannin đạt được là 2,85 mgCE/100g; 3,81 mgQE/g; 8,05 mgGAE/g và 6,12 mgTAE/g; (ii) khảo sát các thông số ảnh hưởng đến tiến trình sấy phun dịch trích ly thuốc dòi, bao gồm nồng độ maltodextrin bổ sung (5÷15%, w/v) kết hợp với ba loại gum (arabic, carrageenan và xanthan gum) với nồng độ khác nhau (0,06÷0,10%, w/v); nhiệt độ không khí sấy (170÷190oC) và tốc độ dòng nhập liệu (16÷20 rpm); tỷ lệ đường sucrose (10, 15 và 20%), acid ascorbic (0,05; 0,10 và 0,15%) với 3 g bột thuốc dòi pha trong 100 ml nước. Các thông số tối ưu đạt được là dịch trích được phối chế với 9% maltodextrin và 0,08% gum arabic, sấy phun với nhiệt độ không khí đầu vào 179oC, tốc độ dòng nhập liệu 18 rpm, khi sử dụng phối chế với tỷ lệ bột thuốc dòi/đường sucrose/acid ascorbic là 3/15/0,1 (w/w/w) trong 100 ml nước. Sản phẩm bột thuốc dòi sấy phun có độ ẩm 6,5%; hàm lượng anthocyanin, flavonoid, polyphenol và tannin là 8,06 mgCE/100g; 30,86 mgQE/g; 28,12 mgGAE/g và 24,85 mgTAE/g, tương ứng; (iii) Khảo sát quá trình bảo quản sản phẩm cao trong keo thủy tinh 250 ml ở nhiệt độ lạnh và nhiệt độ phòng, bột sấy phun trong hộp nhựa 100g ở nhiệt độ phòng. Kết quả cho thấy mẫu sản phẩm cao bảo quản ở nhiệt độ phòng có sự tổn thất hàm lượng anthocyanin, flavonoid, polyphenol và tannin lần lượt 64,21; 63,52; 45,59 và 40,52%; cao hơn mẫu bảo quản ở nhiệt độ lạnh với hàm lượng các hợp chất sinh học lần lượt là 42,11; 40,94; 32,30 và 29,58%.

Còn mẫu sản phẩm bột có sự tổn thất các hợp chất sinh học lần lượt là 51,85; 50,97; 36,64 và 33,86%. Ở nội dung nghiên cứu thứ ba, các hoạt động thực hiện bao gồm (i) khảo sát mức độ chấp nhận của 150 người tiêu dùng với hai sản phẩm cao lỏng và bột hòa tan; (ii) thử nghiệm khả năng chống oxy hóa in vitro thông qua các phương pháp khử sắt FRAP, khử gốc gốc tự do DPPH và tổng năng lực khử AAI; khả năng kháng khuẩn đường hô hấp, độc tính cấp đường uống, tác dụng long đàm và ức chế ho. Kết quả khảo sát ban đầu cho thấy cả hai sản phẩm đều được 75÷85% người tiêu dùng đánh giá cao về màu sắc, mùi và vị (từ thích đến cực kỳ thích); có khoảng 93÷94% người tiêu dùng đánh giá chất lượng sản phẩm từ loại khá đến rất tốt; và 80÷84% người tiêu dùng sẵn lòng mua sản phẩm khi hiện diện trên thị trường. Sản phẩm bột hòa tan có hoạt động chống oxy hóa cao hơn sản phẩm cao lỏng với giá trị IC50 về khả năng khử gốc tự do DPPH là 0,98 và 3,18 mg/ml; iii khả năng khử sắt theo phương pháp FRAP là 116,198 và 6,687 MFeSO4/100 mg; tổng năng lực khử thông qua chỉ số AAI là 41,792 và 14,333; tương ứng.

Ngoài ra, bột thuốc dòi có hoạt tính kháng khuẩn trên chủng Streptoccocus pyogenes với nồng độ ức chế tối thiểu (MIC) là 50 mg/ml và ở liều quy đổi trên người là 6 g/ngày có tác dụng long đàm và giảm các triệu chứng ho do kích thích trên mô hình gây ho bằng capsaicin. Ngược lại, cao lỏng thuốc dòi không thể hiện hoạt tính kháng khuẩn trên các chủng vi khuẩn liên quan đến bệnh lý của đường hô hấp và ở liều quy đổi trên người là 4 g/ngày có tác dụng long đàm trên chuột thí nghiệm bị gây ho bằng capsaicin. Tuy vậy, tác dụng của cao thuốc dòi trên các triệu chứng ho do kích thích trên mô hình gây ho bằng capsaicin thể hiện chưa điển hình so với dạng bột thuốc dòi sấy phun. Từ khóa: cây thuốc dòi (Pouzolzia zeylanica L.

Benn), thu hoạch, chế biến, sản phẩm cô đặc, bột sấy phun, hợp chất có hoạt tính sinh học. iv 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 was 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, etc. In the world of modern medicine, 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.