sự thay đổi hàm lượng lycopen và betacarotene trong lớp vỏ hạt và tinh dầu của trái gấc trong suốt thời gian lưu trữ

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP.HCMKHOA CÔNG NGHỆ HÓA HỌC VÀ THỰC PHẨM NƯỚC GIẢI KHÁT VÀ RAU QUẢ Đề tài: SỰ THAY ĐỔI HÀM LƯỢNG LYCOPEN VÀ BETA CAROTENE TRONG LỚP VỎ HẠT VÀ TINH DẦU

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP.HCM

KHOA CÔNG NGHỆ HÓA HỌC VÀ THỰC PHẨM

NƯỚC GIẢI

KHÁT VÀ RAU QUẢ

Đề tài:

SỰ THAY ĐỔI HÀM LƯỢNG LYCOPEN VÀ BETA CAROTENE TRONG LỚP VỎ HẠT VÀ TINH DẦU CỦA TRÁI GẤC TRONG SUỐT THỜI GIAN LƯU TRỮ

GVHD: Ths Đặng Thị Ngọc Dung SVTH: Phùng Hùng Mạnh (10116035)

Tp Hồ Chí Minh, tháng 11 năm 2012

SỰ THAY ĐỔI HÀM LƯỢNG LYCOPEN VÀ BETA CAROTENE TRONG LỚP VỎ HẠT VÀ TINH DẦU CỦA TRÁI GẤC TRONG SUỐT THỜI GIAN LƯU TRỮ Đặng Thị Tuyết Nhung, Phạm Ngọc Bung, Nguyễn Thu Hà, Thái Khanh Phong

Tóm tắt

Gấc được lựa chọn và lưu trữ ở điều kiện phòng trong 2 tuần để theo dõi sự thay đổi hàm lượng carotenoid (lycopene và beta carotene) trong lớp vỏ hạt gấc Hàm lượng lycopene trong lớp vỏ hạt khoảng 2.378 – 3,728 mg/g trái tươi, còn beta carotene thì dao động từ 0,257 – 0,379 mg/g trái tươi Hàm lượng carotenoid vẫn ổn định sau 1 tuần nhưng giảm mạnh sau 2 tuần lưu trữ Dầu gấc được chiết xuất từ lớp vỏ hạt có hàm lượng lycopene và betacarotene tương tự như trong trái tươi ( 2,436 và 2,592 mg/g ) Dầu gấc được chia làm 3 mẫu, sau đó mỗi mẫu được xử lí bằng những cách riêng biệt: sử dụng dung dịch butylated hydroxytoluene, chưng cất bằng khí nitơ hay để nguyên, sau đó trữ trong tối từ 15 -19 tuần dưới những nhiệt độ khác nhau (5oC, 45 oC, 60 oC) Lycopene và betacarotene trong mẫu đã xử lý sẽ được giảm xuống theo phương trình động học của phản ứng bậc nhất Nghiên cứu cho thấy tốc độ tổn thất lycopene và carotene trong mẫu dầu được xử lý thấp hơn mẫu dầu kiểm soát nhưng nếu dựa theo phương trình động học của phản ứng bậc nhất thì không phải lúc nào cũng cho ra kết quả như trên Tuy nhiên, cả lycopene và beta carotene đều bị phân hủy nhanh chóng trong dầu gấc theo phương trình

động học của phản ứng bậc nhất ở điều kiện nhiệt độ cao (45 và 60OC) bất kể các phương pháp xử lý được sử dụng

1 Giới thiệu

Gấc (Momordica cochinchinesis, Spreng) là một loại trái phổ biến ở Việt Nam Nhiều phần của trái gấc như hạt, dầu và rễ có thể được sử dụng như một vị thuốc Ở Việt Nam, gấc được thu hoạch theo mùa ( từ tháng 10 đến tháng 2 năm sau) Sau khi thu hoạch, gấc

có thể được lưu trữ trong kho khoảng trên 1 tháng trong điều kiện phòng Lớp vỏ hạt màu

đỏ đậm trong trái gấc hay trái gấc tươi được sử dụng để làm xôi gấc_ một món ăn thông dụng hàng ngày, đặc biệt là trong các dịp lễ hội Năm 2003, Vương và King đã tiến hành nghiên cứu và chỉ ra rằng lớp màng của hạt gấc là một nguồn carotenoid sinh học (lycopene và betacarotene) vô cùng quý giá Nhiều công trình nghiên cứu khác cũng đã cho thấy trong lớp vỏ hạt gấc chứa một hàm lượng lớn lycopene và betacarotene

Tuy nhiên, có nhiều khác biệt về hàm lượng lycopene và betacarotene trong lớp vỏ hạt gấc trong những nghiên cứu trước đó Cả hàm lượng lycopene và betacarotene trong lớp vỏ hạt gấc dao động từ 0.38 mg/g (lycopene) và 0,08 mg/g (betacarotene) (Aoki et al., 2002; Vuong, Franke, Custer, & Murphy, 2006) cho đến 3,053 mg/g (lycopene), 0,836 mg/g (betacarotene) (Ishida et al., 2004) Vấn đề này nên được quan tâm, nhất là đối với những nghiên cứu được tiến hành bằng những trái gấc đông lạnh và lượng mẫu nhỏ (2 – 5 trái) Tuy nhiên, không có thông tin nào cho thấy mức độ chín của gấc là một trong những nguyên nhân gây ra sự khác biệt về hàm lượng carotenoid trong những nghiên cứu trước

Ngày nay, nhiều nghiên cứu chỉ ra rằng việc tiêu thụ lycopene và betacarotene có thể phòng tránh được nhiều bệnh về mắt, tim và thậm chí là ung thư Vì vậy, trên thị trường xuất hiện nhiều loại sản phẩm từ gấc như: viên nang dầu gấc, dầu gấc trong ethanol… Dầu gấc được chiết xuất một cách dễ dàng từ lớp vỏ hạt gấc và chứa hàm lượng carotenoid cao Nó được xem như một nguồn lycopene thương mại tiềm năng Thế

nhưng loại dầu này rất dễ bị oxy hóa, có thể dẫn đến tổn thất hàm lượng carotenoid và làm giảm chất lượng của dầu Tuy nhiên, hiện nay có rất ít thông tin về quá trình tổn thất lycopene và betacarotene trong lưu trữ dầu gấc được công bố

Vì vậy, đối tượng của công trình nghiên cứu này là: đánh giá sự ảnh hưởng của sự lưu trữ đến chất lượng của lycopene và betacarotene trong lớp vỏ hạt gấc; nghiên cứu sự tổn thất về mặt động lực học của lycopene và betacarotene trong dầu gấc dưới những điều kiện lưu trữ khác nhau (nhiệt độ, điều kiện cho quá trình oxy hóa)

2 Nguyên vật liệu và phương pháp

2.1 Lựa chọn và phân loại gấc

Gấc được thu hoạch ở huyện Thanh Hà (Hải Dương, Việt Nam) vào tháng 11 năm

2008 và được vận chuyển về phòng thí nghiệm trong vòng 24h Những trái chín và có kích thước tương tự nhau được lựa chọn và dựa theo mức độ chín, gấc được chia làm 3 nhóm (xanh, chín trung bình, chín hoàn toàn) Những trái chưa chín thì có vỏ ngoài xanh hoàn toàn Những trái có mức độ chín trung bình thì màu đỏ che phủ khoảng 1/3 đến 2/3 lớp vỏ Còn những trái chín hoàn toàn thì trên 2/3 diện tích vỏ trái là màu đỏ Khối lượng, kích thước, số lượng hạt và khối lượng hạt được ghi chép lại cho tất cả các mẫu gấc

2.2 Sự thay đổi hàm lượng carotenoid trong gấc trong suốt thời gian lưu trữ

15 trái gấc trong mỗi nhóm gấc chín được sử dụng cho thí nghiệm này Gấc được lưu trữ ở điều kiện phòng trong vòng 2 tuần Tại những khoảng thời gian khác nhau (ngay sau khi thu hoạch, 1 tuần và 2 tuần sau khi lưu trữ (WAS), 5 trái trong mỗi nhóm được cắt ra, loại bỏ những hạt vỡ, vụn Chọn ngẫu nhiên 2 mẫu để lấy lớp vỏ hạt gấc (nhằm ước tính sự biến đổi diễn ra bên trong trái) và gửi đi xác định hàm lượng lycopene và betacarotene

2.3 Phương pháp lưu trữ dầu gấc

Những hạt gấc nguyên được lưu trữ trong 5 – 7 ngày sau khi thu hoạch ở điều kiện phòng và sau đó đem lớp vỏ (phủ bên ngoài hạt gấc) đi chiết lấy dầu Những sản phẩm dầu gấc mới nhất được sản xuất tại nhà máy dược Hải Dương được vận chuyển về phòng thí nghiệm trong vòng 24h sau khi chiết tách Dầu gấc được chuẩn bị bảo quản bằng 3 phương pháp khác nhau Đầu tiên, dầu tươi sẽ được đổ vào 40 ống nghiệm khác nhau Những ống nghiệm này được đổ đầy dầu gấc và đóng nút như nhau Bước 2, một mẫu dầu gấc sẽ được đem đi trộn lẫn với dung dich BHT 0.02 %, sau đó đem đổ đầy vào 40 ống nghiệm khác_”Phương pháp BHT” Bước 3, những mẫu dầu gấc khác được trích ly với khí nitơ trong 2h, sau đó sau đó đem đổ đầy vào 40 ống nghiệm khác_”Phương pháp nitơ” Lấy 10 ống trong mỗi nhóm phương pháp xếp vào nơi tối, ở những điều kiện nhiệt

độ khác nhau (5oC, 45 oC, 60 oC) trong 15 -19 tuần Lấy ra 2 ống làm mẫu từ mỗi nhóm phương pháp tại những khoảng thời gian khác nhau trong suốt quá trình lưu trữ

2.4 Trích ly và phân tích HPLC

2g lớp vỏ hạt gấc tươi đồng nhất được trộn với 0,2g MgCO3, sau đó được trích ly 3 lần với 15 ml hỗn hợp dung môi tetrahydrofuran (THF) và methanol (MeOH)(4:1) cho đến khi lớp vỏ mất màu hoàn toàn Đối với dầu gấc, ta đem 0,5g dung dịch hòa tan trong 15ml dung dịch mẫu Pha lỏng được lọc và rữa 3 lần bằng dung dịch NaCl bão hòa Lớp hữu cơ sẽ được loại nước bằng Na2SO4 khan và được làm bay hơi bằng cách giảm áp suất

ở 25oC Cặn được hòa tan trong 10ml hỗn hợp dung môi dichloromethane (DCM) và MeOH (6:4) và pha loãng đến nồng độ xấp xỉ với nồng độ MeOH

Phân tích HPLC được tiến hành với một hệ thống phổ Finnigan (Thermo Finnigan, San Jose, CA, USA) trang bị bơm cấp 4, đầu dò photodiode array (PDA) Sự phân lập được tiến hành trên cột Inertsil ODS-3 (250×4.6 mm ID, 5µm) (GL Sciences, Tokyo, Japan) Hệ dung môi được pha từ DCM và acetonitrile (6:4) (dung môi rửa giải A) và MeOH (dung môi rửa giải B) Dung môi rửa giải A chứa 0,05% BHT_một chất chống

oxy hóa Hệ dung dịch rửa giải được pha theo công thức sau: điều kiện ban đầu là 70% dung dịch A và 30% dung dịch B trong 5 phút, sau đó là 80% dung dịch A và 20% dung dịch B trong 5 phút Sau đó, cột trở về điều kiện ban đầu và cân bằng trong 5 phút Tốc

độ thổi là 1.5 ml/min Lượng tiêm vào là 20µl Việc định lượng lycopene và betacarotene được tiến hành ở bước sóng 472 nm Việc xác định carotenoid được thực hiện bằng việc

so sánh thời gian lưu và quang phổ hấp thụ trong phạm vi 300 – 600 nm của những đỉnh chưa biết và đồng sắc ký ở điều kiện tiêu chuẩn

2.5 Phân tích thống kê kết quả

Hàm lượng carotenoid phụ thuộc vào phương sai của phép phân tích (ANOVA), và sau đó đem đi so sánh với Tukey ‘s test (5%) Phản ứng được xác định và tính toán theo Chow (2007) Mô hình tuyến tính được sử dụng để xác định những tương tác có thể xảy

ra giữa nhiệt độ với các phương pháp được sử dụng trong suốt thời gian lưu trữ dầu gấc Toàn bộ việc thống kê kết quả phân tích đều được xử lý bằng phần mềm MinitabTM15 (Minitab Inc, State College, PA, USA)

3 Kết quả và bàn luận

3.1 Những đặc điểm bề ngoài của trái gấc

Bảng 1 cho ta những số liệu về khối lượng, kích thước của trái gấc tươi, số lượng hạt, cũng như khối lượng của lớp vỏ hạt gấc trong mỗi nhóm trái gấc chín (15 mẫu trong mỗi nhóm) Kích thước trung bình của trái gấc là 16.5cm chiều rộng và 24.5 cm chiều dài và không có sự khác biệt nào về kích thước trong ba nhóm được nghiên cứu Khối lượng trung bình của trái là 2.2 kg và được phân chia theo cách thông thường (Hình 1) Ishida et al.(2004) thông qua nghiên cứu đã báo cáo: khối lượng trung bình của trái gấc là 0,772 kg (2 mẫu)_nó chỉ bằng 1/3 so với giá trị được xác định ở nghiên cứu hiện tại Tuy nhiên, số lượng hạt trong trái gấc lại giống nhau (trung bình khoảng 28 hạt/trái) Khối lượng lớp vỏ

hạt trung bình là 240,25 g và gần như trùng khớp với số liệu của Ishida et al.(2004) Khối lượng của lớp vỏ trái đại diện chỉ bằng 10% của toàn bộ trái gấc, 24.6 % trong nghiên cứu Ishida et al.(2004) Sự mất nước từ lớp vỏ giữa của trái trong suốt thời gian lưu trữ

và làm chín có thể là do khối lượng của trái gấc trong nghiên cứu của Ishida et al.(2004) nhẹ hơn so với trong nghiên cứu này

3.2 Ảnh hưởng của thời gian lưu trữ đến hàm lượng lycopene và betacarotene trong trái gấc.

Carotenoid có thể được tìm thấy trong trái cây và rau trái ở dạng tự do hoặc ở dạng ester của acid béo Thế nhưng, Aoki et al (2002) và Vương et al.(2006) báo cáo lại rằng

dịch chiết thủy phân ( chứa ester của carotenoid thủy phân và carotenoid tự do), cũng như dịch chiết không thủy phân (chỉ chứa carotenoid tự do) của lớp vỏ hạt gấc có hàm lượng carotennoid giống nhau Nghĩa là, hàm lượng carotenoid ở dạng ester là không đáng kể trong lớp vỏ hạt gấc Vì vậy, chỉ có carotenoid tự do (không bị thủy phân) trong lớp vỏ hạt được chú trọng trong nghiên cứu này

Hàm lượng lycopene và betacarotene trong lớp vỏ hạt của trái còn xanh và trái chín hoàn toàn trong suốt 2 tuần dự trữ được trình bày ở hình 2 Ngay sau khi thu hoạch (t=0), hàm lượng lycopene trong lớp vỏ hạt tươi là 2,378mg/g ở trái xanh cho đến 3,728mg/g ở trái chín hoàn toàn Còn hàm lượng lycopene trong lớp vỏ hạt tươi là 2,257mg/g ở trái

xanh cho đến 0,379mg/g ở trái chín hoàn toàn Tuy nhiên, trong 3 nhóm trái chín có nhiều dấu hiệu chỉ ra sự khác nhau về hàm lượng lycopene và betacarotene (P>0,05) Tuy nhiên, hàm lượng carotenoid trong trái chín đã chứng minh là cao nhất (3,852mg/g lớp vỏ hạt tươi đối với lycopene và 0,409 mg/g lớp vỏ hạt tươi đối với betacarotene)

Trong nghiên cứu này, hàm lượng lycopene và betacarotene trong lớp vỏ hạt gấc cao hơn nhiều so với những loại trái cây và rau quả khác đã được Maiani et al.(2009) đề cập Hàm lượng lycopene được tìm thấy trong lớp vỏ hạt gấc là phần ăn được của trái gấc, cao hơn khoảng 20 lần so với hàm lượng lycopene trong phần thịt quả của dưa hấu đỏ và cao hơn khoảng 4 lần so với hàm lượng lycopene trong cà chua, mà chúng đều là những loại trái cây và thực phấm có hàm lượng lycopene cao nhất trong báo cáo của Maiani et al (2009)

Trong khi đó, hàm lượng beta carotene tăng trong các trường hợp trái xanh, trái chín

và giảm trong trái chín già Quá trình chín luôn xảy ra liên tục trong trái cây, có thể là nguyên nhân cho sự thay đổi này Tuy nhiên, thống kê cho thấy không có sự khác biệt đáng kể về hàm lượng của beta carotene giữa hai thời điểm

Tại 2 WS, hàm lượng lycopene và beta carotene trong lớp vỏ hạt gấc giảm đáng kể

(4-9 lần cho lycopene và 2,4-2,7 lần đối với beta carotene) Hơn nữa, có một hàm lượng lớn lycopene ở phần trong quả và phần giữa quả (Độ lệch chuẩn tương đối (RSD) = 57% và 80%, tương ứng).Đối với beta carotene thì nhỏ hơn (45% và 40% cho trong và giữa các trái cây, tương ứng) nhưng vẫn còn đáng kể Trong khi đó, bên trong và giữa quả đều có

sự khác biệt về hàm lượng của cả hai loại carotenoid ngay sau khi thu hoạch và tại 1 WS

có một RSD nhỏ khoảng 4% Sự sai lệch lớn giữa hàm lượng carotenoid trong lớp vỏ hạt gấc giữa các trái có thể do sự phân hủy enzyme không đều trong số các loại trái cây Hơn nữa, sự thoái hóa và đồng phân hóa cũng có thể xảy ra không đồng thời bên trong trái dẫn đến kéo theo một sự thay đổi khá lớn trong trái gấc

Theo quan sát của chúng tôi, hình thái của lớp vỏ hạt gấc tại 2 WS là không thay đổi, tuy nhiên, vỏ quả hơi nhăn nheo so với các trái khác, đặc biệt là trong trái chín già Trong khi đó, một số thay đổi đã được quan sát trong quang phổ của lycopene và beta carotene trong các mẫu tại 2 WS Do những tiêu chuẩn của quang phổ và mẫu bị che phủ, độ dài sóng hấp thụ tối đa của mẫu chuyển từ một số tiêu chuẩn (Hình 3) Điều này là một trong

trong các minh chứng cho sự phân hủy hay đồng phân hóa của carotenoids xảy ra trong thời gian lưu trữ gấc

Quá trình phân hủy trong trái gấc có thể giải thích sự khác biệt trong các dữ liệu về lycopene và beta carotene trong lớp vỏ hạt gấc đã được công bố Aoki et al (2002) và Vương et al (2006) báo cáo hàm lượng carotenoid thay đổi chỉ trong khoảng 0,380-0,408

mg /g lớp vỏ hạt và 0,083-0,769 mg / g lớp vỏ hạt đối với lycopene và beta carotene, tương ứng Những dữ liệu này thấp hơn nhiều so với giá trị của carotenoids ngay sau khi thu hoạch và tại 1 WS trong thí nghiệm này, nhưng tương tự với giá trị tại 2 WS (0,497-0,970 mg / g lớp vỏ hạt đối với lycopene và 0,117-0,168 mg / g lớp vỏ hạt đối với carotene) Trong những nghiên cứu, gấc mua trên thị trường _ được vận chuyển từ Việt Nam hoặc các nước khác đến các phòng thí nghiệm của họ (Mỹ và Nhật Bản) Trong quá trình lưu trữ và vận chuyển, sự phân hủy có thể xảy ra theo dữ liệu tại 2 WS trong nghiên cứu này Vì vậy, quan điểm về việc vận chuyển và lưu trữ là nguyên nhân của các sai biệt trong các nghiên cứu khác nhau đã được thảo luận ở nơi khác (Ishida và cộng sự, 2004; Vương và cộng sự, 2006) Một nghiên cứu khác (Ishida và cộng sự., 2004) báo cáo nồng

độ lycopene trong lớp vỏ hạt gấc (1.546-3,054 mg / g FW), gần giống với những kết quả sau khi thu hoạch và tại 1 WS của nghiên cứu này (2,378-4,438 mg / g lớp vỏ hạt FW) Các tác giả cũng báo cáo nồng độ beta carotene trong lớp vỏ hạt gấc FW là 0,636-0,836

mg / g, so với kết quả nghiên cứu của chúng tôi là 0,257-0,409 mg / g lớp vỏ hạt FW Mức độ chín được cho là một yếu tố ảnh hưởng đến sự khác biệt về số lượng carotenoid được tìm thấy trong lớp vỏ hạt gấc (Vương et al., 2006) Tuy nhiên, dữ liệu của nghiên cứu này chỉ ra rằng hàm lượng lycopene trong trái xanh thấp và có nhiều khác biệt thống kê đối với các nhóm trái chín khác Nhưng giá trị này cũng chỉ mới tăng gần đây và không có sự khác biệt đáng kể được trình bày tại 1 WS

3.3 Sự ổn định của lycopene và beta carotene trong dầu gấc

3.3.1 Tỷ lệ phân hủy của carotenoids trong dầu gấc không được xử lí