Nghiên cứu hoạt tính chống oxy hóa của các phụ phẩm rau quả việt nam và ứng dụng trong bảo quản tôm

KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP NGÀNH CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM NGHIÊN CỨU HOẠT TÍNH CHỐNG OXY HÓA CỦA CÁC PHỤ PHẨM RAU QUẢ VIỆT NAM VÀ ỨNG DỤNG TRONG BẢO QUẢN TÔM GVHD: ThS... Tên khóa luận: Nghiên cứ

KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP NGÀNH CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM

NGHIÊN CỨU HOẠT TÍNH CHỐNG OXY HÓA CỦA CÁC PHỤ PHẨM RAU QUẢ VIỆT NAM

VÀ ỨNG DỤNG TRONG BẢO QUẢN TÔM

GVHD: ThS PHAN THỊ ANH ĐÀO SVTH: NGUYỄN THÁI HOÀNG AN MSSV: 11116001

i

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

KHOA CÔNG NGHỆ HÓA HỌC VÀ THỰC PHẨM

VÀ ỨNG DỤNG TRONG BẢO QUẢN TÔM

GVHD: ThS PHAN THỊ ANH ĐÀO SVTH: NGUYỄN THÁI HOÀNG AN MSSV: 11116001

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

KHOA CÔNG NGHỆ HÓA HỌC VÀ THỰC PHẨM

BỘ MÔN CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM NHIỆM VỤ KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP

Họ và tên sinh viên: Nguyễn Thái Hoàng An

Ngành: Công nghệ Thực phẩm

1 Tên khóa luận: Nghiên cứu hoạt tính chống oxy hóa của các phụ phẩm rau quả

Việt Nam và ứng dụng trong bảo quản tôm

2 Nhiệm vụ của khóa luận:

- Tổng quan cơ sở lý thuyết về gốc tự do, chất kháng oxy hoá, quá trình oxy hóa- khử trong thực phẩm và các phương pháp thử hoạt tính kháng oxy hóa

- Điều chế cao ethanol từ các phụ phẩm rau quả từ ba vùng Tây Nguyên, Tây Nam Bộ, Ninh Thuận-Bình Thuận, Tây Nam Bộ bằng phương pháp trích nóng trong dung môi ethanol, ở nhiệt độ 600

C

- Sàng lọc hoạt tính kháng oxy hoá của 44 mẫu cao ethanol trích ly từ 44 mẫu phụ phẩm rau quả Việt Nam bằng hai phương pháp xác định tổng hàm lượng flavonoid

- Tìm hiểu những nghiên cứu về thành phần hóa học và hoạt tính sinh học của mẫu phụ phẩm có hoạt tính mạnh

- Ứng dụng bảo quản tôm ở nhiệt độ 2oC

- Đánh giá cảm quan sự thay đổi điểm biến đen của tôm

- Đánh giá khả năng ức chế quá trình peroxide hóa lipid

3 Ngày giao nhiệm vụ khóa luận: … /… /2015

4 Ngày hoàn thành khóa luận: … /… /2015

5 Họ tên người hướng dẫn: ThS Phan Thị Anh Đào

Phần hướng dẫn: toàn bộ khóa luận

Em cũng xin chân thành cảm ơn các thầy cô giáo trong trường ĐH Sư Phạm Kỹ Thuật TpHCM nói chung, các thầy cô trong Bộ môn Công nghệ Hóa học và Thực phẩm nói riêng

đã dạy dỗ cho em kiến thức về đại cương cũng như các môn chuyên ngành, giúp em có được cơ sở lý thuyết vững vàng và tạo mọi điều kiên thuận lợi về trang thiết bị, dụng cụ thí nghiệm để em hoàn thành được khóa luận tốt nghiệp này

Cuối cùng, em xin chân thành cảm ơn gia đình, bạn bè, đã luôn tạo mọi điều kiện, quan tâm, giúp đỡ, động viên em trong suốt quá trình học tập và hoàn thành khóa luận tốt nghiệp

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan toàn bộ nội dung được trình bày trong khóa luận tốt nghiệp là của riêng tôi Tôi xin cam đoan các nội dung được tham khảo trong khóa luận tốt nghiệp đã được trích dẫn chính xác và đầy đủ theo qui định

Ngày tháng năm 2015

Ký tên

v

MỤC LỤC

NHIỆM VỤ KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP ii

LỜI CẢM ƠN iii

LỜI CAM ĐOAN iv

MỤC LỤC v

DANH MỤC HÌNH vii

DANH MỤC BẢNG BIỂU viii

DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT ix

TÓM TẮT KHÓA LUẬN x

LỜI MỞ ĐẦU xi

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 1

1.1 Qúa trình oxy hóa thực phẩm 1

1.1.1 Gốc tự do 1

1.1.2 Sự oxy hóa chất béo trong thực phẩm 5

1.2 Sự hình thành biến đen ở tôm 6

1.3 Các phương pháp bảo quản tôm sau thu hoạch 8

1.3.1 Tình hình nghiên cứu trong nước 8

1.3.2 Tình hình nghiên cứu ngoài nước 9

1.4 Định hướng nghiên cứu 9

CHƯƠNG 2: VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP 12

2.1 Sàng lọc hoạt tính kháng oxy hóa của các phụ phẩm rau quả Việt Nam 12

2.1.1 Hóa chất và thiết bị 12

2.1.2 Nguyên liệu 12

2.1.3 Phương pháp điều chế cao ethanol 18

2.1.4 Phương pháp xác định tổng hàm lượng flavonoid 19

2.2 Nghiên cứu và ứng dụng phụ gia kháng oxy hóa trong bảo quản tôm 22

2.2.1 Quy trình điều chế phụ gia 22

2.2.2 Phương pháp cảm quan điểm biến đen ở tôm 23

2.2.3 Phương pháp oxy hóa chất béo (TBARS) 25

CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 28

3.1 Kết quả điều chế cao ethanol từ các phụ phẩm rau quả ba vùng Việt Nam 28

3.1.1 Kết quả điều chế cao ethanol từ các phụ phẩm rau quả 28

3.1.2 Kết quả thử hoạt tính kháng oxy hóa bằng phương pháp xác định tổng hàm lượng flavonoid 30

3.2 Kết quả nghiên cứu và ứng dụng hoạt tính chống oxy hóa từ các loại phụ phẩm thử hoạt tính kháng oxy hóa bằng phương pháp xác định tổng hàm lượng flavonoid 36

3.2.1 Kết quả thử nghiệm bảo quản tôm 37

3.2.2 Kết quả khả năng ức chế quá trình peroxide hóa lipid 39

CHƯƠNG 4: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 42

4.1 Kết luận 42

4.2 Định hướng nghiên cứu tiếp theo 43

4.3 Ứng dụng trong công nghệ thực phẩm 43

TÀI LIỆU THAM KHẢO 44

PHỤ LỤC xiii

vii

DANH MỤC HÌNH

Hình 1.1 Cơ chế hình thành biến đen ở tôm 7

Hình 1.2 Hình ảnh tôm trước và sau khi bảo quản lạnh 2o C 7

Hình 1.3 Phụ phẩm vùng Tây Nguyên 10

Hình 1.4 Phụ phẩm vùng Tây Nam Bộ 10

Hình 1.5 Phụ phẩm vùng Ninh Thuận – Bình Thuận 11

Hình 2.1 Quy trình điều chế cao ethanol 18

Hình 2.2 Công thức hóa học của quercetin 20

hình 2.3 Quy trình xác định đường chuẩn theo phương pháp xác định tổng hàm lượng flavonoid 21

Hình 2.4 Quy trình xác định tổng hàm lượng flavonoid 21

Hình 2.5 Quy trình điều chế phụ gia 22

Hình 2.6 Một số hình ảnh mẫu phụ gia 23

Hình 2.7 Quy trình ngâm tôm trong dịch chết 24

Hình 2.8 Phản ứng tạo phức giữa malonyldialdehyde và acid thiobarbituric 25

Hình 2.9 Quy trình ngâm tôm trong TBA 26

Hình 2.10 Quy trình xác định độ hấp thụ quang 27

Hình 3.1 Hình ảnh các mẫu cao ethanol trích ly từ phụ phẩm rau quả 30

Hình 3.2 Đường chuẩn quercetin 31

Hình 3.3 Chín mẫu có hàm lượng flavonoid cao của ba vùng 34

Hình 3.4 Sự thay đổi điểm cảm quan tôm sau thời gian bảo quản lạnh 2oC 36

Hình 3.5 Mẫu tôm trong quá trình bảo quản 38

Hình 3.6 Đường cong chuẩn MAD 39

Hình 3.7 Sự thay đổi giá trị TBARS của thịt tôm trong quá trình bảo quản 2o C 40

DANH MỤC BẢNG BIỂU

Bảng 1.1 Các dạng hoạt động của nitrogen 1

Bảng 1.2 Các dạng hoạt động của oxygen 2

Bảng 2.1 Danh mục 44 mẫu phụ phẩm rau quả ba vùng 13

Bảng 2.2 Kết quả đo bước sóng hấp thu cực đại 20

Bảng 3.1 Kết quả thu suất ly trích cao ethanol 28

Bảng 3.2 Kết quả đo độ hấp thu quercetin qua các nồng độ 31

Bảng 3.3 Kết quả hàm lượng flavonoid của 44 mẫu phụ phẩm rau quả của ba vùng 32

Bảng 3.4 Năm mẫu cao có hoạt tính kháng oxy hóa mạnh 35

Bảng 3.5 Kết quả đo độ hấp thu của dung dịch MAD qua các nồng độ 39

ix

DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT

ANOVA : Analysis of variance (phân tích phương sai)

BHA : Butylated hydroxyanisole

TBARS : Thiobarbituric acid reactive substance

Kết quả nghiên cứu:

Trong 44 mẫu cao ethanol được trích ly từ phụ phẩm rau quả cuả ba vùng đã được

nghiên cứu về hoạt tính kháng oxy hóa bằng phương pháp xác định hàm lượng flavonoid,

nhận thấy có năm mẫu cao có hoạt tính kháng oxy hóa mạnh, trong đó hạt bơ có hàm

lượng flavonoid cao nhất (f = 956,80 mgQE/g), thấp nhất là vỏ bơ (f =372,83 mgQE/g), các mẫu còn lại có hàm lượng flavonoid như sau: hạt thanh trà (f = 709,80 mgQE/g), hạt nho (f =655,95 mgQE/g), vỏ măng cụt (f = 422,97 mgQE/g) Do có hoạt tính kháng oxy hóa mạnh, năm mẫu cao này được ứng dụng trong việc bảo quản tôm, kết quả sau bảy ngày bảo quản ở 2oC thì nhận thấy hạt bơ có khả năng bảo quản tôm tốt nhất, khoảng 20-40% diện tích bề mặt tôm bị biến đen, ngược lại vỏ măng cụt lại có khả năng bảo quản tôm kém nhất, khoảng 40-60% diện tích bề mặt tôm bị biến đen Ngoài ra, kết quả nghiên cứu về khả năng peroxide hóa lipid của các mẫu cao trong thịt tôm nhận thấy hạt nho có giá trị TBARS cao nhất trong năm ngày bảo quản, do đó nó có khả năng kháng oxy hóa chất béo thấp nhất, bên cạnh đó hạt thanh trà có giá trị TBARS thấp nhất nên nó có khả năng hạn chế oxy hóa chất béo tốt nhất

xi

LỜI MỞ ĐẦU

Tôm và các sản phẩm từ tôm luôn chiếm một tỷ trọng lớn nhất trong cơ cấu các mặt hàng thủy sản xuất khẩu của Việt Nam trong nhiều năm qua Trong năm 2010, xuất khẩu tôm của Việt Nam đem về hơn 2,1 tỉ USD, năm 2011 là 2,4 tỉ USD, năm 2012 là 2,25 tỉ USD, năm 2013 là 2,4 USD và tăng mạnh trong năm 2014 là 7,84 Dự báo trong những năm tiếp theo, tôm vẫn chiếm giữ vị trí dẫn đầu trong cơ cấu các mặt hàng xuất khẩu thủy sản của đất nước Tôm là loài thủy sản dễ bị ươn hỏng, quá trình ươn hỏng trong tôm xảy

ra rất nhanh do cơ thể bị các enzym tiêu hóa tấn công rất nhanh trong vài giờ sau khi chết Hiện nay việc xử lý tôm sau thu hoạch chưa được quan tâm nhiều Biến đen ở tôm và oxy hóa chất béo là hai trong những vấn đề nghiêm trọng làm giảm giá trị cảm quan, dinh dưỡng và giá trị kinh tế của nguyên liệu sau thu hoạch Nhiều nỗ lực đã được các nhà chế biến, các nhà nghiên cứu thực hiện nhằm hạn chế các tác hại tiêu cực của hai vấn đề trên Đối với vấn đề biến đen, các nỗ lực chủ yếu được thực hiện bằng việc sử dụng hóa chất metabisufite để hạn chế sự biến đen ở tôm Tuy nhiên, hóa chất này ngày càng bị giới hạn

sử dụng trong bảo quản thủy sản theo các luật định Trong khi đó, các giải pháp nhằm hạn chế sự oxy hóa chất béo đối với thủy sản vẫn còn nhiều hạn chế Biến đen ở tôm là một trong những nguyên nhân làm giảm thời hạn sử dụng cũng như giá trị thương mại của tôm Tương tự như vậy, oxy hóa chất béo cũng gây ra những vấn đề nghiêm trọng làm giảm giá trị cảm quan và dinh dưỡng đối với sản phẩm thủy sản Nhận thấy, một giải pháp an toàn cần được triển khai nghiên cứu nhằm hạn chế biến đen ở tôm và oxy hóa chất béo, nâng cao giá trị của tôm mà không ảnh hưởng tới sức khỏe người tiêu dùng

Việt Nam là một đất nước nông nghiệp, trong đó, các vùng Tây Nguyên, Ninh Thuận Bình Thuận và Tây Nam Bộ là một trong những vùng cung cấp nguồn nguyên liệu rau quả dồi dào trong và ngoài nước cho các nhà máy sản xuất thực phẩm, nước giải khát…Các loại rau quả đa chủng loại, dễ trồng, rẻ tiền và phổ biến Hằng năm, khối lượng phụ phẩm

từ rau củ và trái cây tạo ra rất lớn, một phần được sử dụng làm phân bón, phần còn lại thải

ra môi trường gây ô nhiễm Với quan điểm, “phụ phẩm không phải là phế thải”, nhóm nghiên cứu đã hướng tới việc nghiên cứu phụ gia oxy hóa tự nhiên sử dụng trong thủy sản

từ nguồn phụ phẩm này Điều này không chỉ có ý nghĩa lớn về mặt y học, dinh dưỡng thực phẩm, kinh tế mà còn góp phần bảo vệ môi trường

Do đó các nghiên cứu hiện nay chủ yếu tập trung vào các loại cây thuốc được sử dụng chữa bệnh trong dân gian hoặc trên phần ăn được của rau củ, trái cây Chúng tôi đã mở

rộng hướng nghiên cứu trên nguồn nguyên liệu rau quả mà cụ thể là những phụ phẩm rau quả - những chất thải bị bỏ đi trong sản xuất, chế biến Do đó mục tiêu của khóa luận được đưa ra như sau:

 Mục tiêu

- Khảo sát hoạt tính chống oxy hóa của một số phụ phẩm trái cây vùng Ninh Thuận - Bình Thuận, vùng Tây Nguyên và vùng Tây Nam Bộ bằng phương pháp phương pháp xác định tổng hàm lượng flavonoid (Phương pháp AlCl3 )

- Lựa chọn 5 mẫu phụ phẩm có hoạt tính chống oxy hóa mạnh phục vụ cho quá trình nghiên cứu bảo quản tôm

- So sánh, đánh giá kết quả đạt được, từ đó đề xuất hướng sử dụng phụ gia trong bảo quản tôm sau thu hoạch

 Nội dung nghiên cứu

- Tổng quan cơ sở lý thuyết về gốc tự do, chất kháng oxy hoá, quá trình oxy hóa- khử trong thực phẩm và các phương pháp thử hoạt tính kháng oxy hóa

- Điều chế cao ethanol từ các phụ phẩm trái cây từ ba vùng bằng phương pháp trích nóng trong dung môi ethanol, ở nhiệt độ 600

- Bảo quản tôm ở nhiệt độ 2oC

- Đánh giá sự thay đổi điểm biến đen của tôm

do có hoạt tính cao nên thời gian tồn tại của chúng thường rất ngắn, phụ thuộc nhiều yếu tố: cấu hình không gian, đặc tính cộng hưởng, hiệu ứng liên hợp[9]

b Phân loại

Có hai nhóm gốc tự do chủ yếu bao gồm: các dạng hoạt động của nitrogen (reactivenitrogen species, RNS) và các dạng hoạt động của oxygen (reactive oxygen species, ROS) (bảng 1.1 và 1.2)[3]

Bảng 1.1 Các dạng hoạt động của nitrogen [3],[22],[27]

Các dạng hoạt động Ký hiệu Thời gian

Nitrogen dioxide NO2

Khá ổn định

Được hình thành khi ONOO─ nhận thêm 1 proton

Peroxynitrite ONOO─ 10-3 s Hoạt tính cao, hình thành từ NO

●

và O2●─

Bảng 1.2 Các dạng hoạt động của oxygen [5],[22],[27]

Các dạng hoạt động Ký

hiệu

Thời gian tồn tại

Alkoxyl RO● 1s Hoạt tính cao, được hình thành khi

các đại phân tử bị gốc tự do tấn công

Gốc peroxyl ROO● 1s

Hydroperoxide

hữu cơ ROOH Ổn định

Phản ứng với các ion kim loại chuyển tiếp để tạo ra các dạng hoạt động

3

c Nguồn gốc phát sinh gốc tự do

Gốc tự do được hình thành từ bên trong cơ thể (nguồn nội sinh) và từ môi trường xung quanh (nguồn ngoại sinh)

 Nguồn nội sinh [27]

Các gốc tự do được chính cơ thể tạo ra bởi những quá trình sinh lý (quá trình hô hấp

ở tế bào), quá trình bệnh lý (quá trình viêm nhiễm), hoặc bởi hệ thống enzyme thân oxy hóa và sự có mặt của các ion kim loại chuyển tiếp trong cơ thể

+ Quá trình hô hấp của tế bào[24]

Một chuỗi những phản ứng oxy hóa–khử xảy ra trong quá trình hô hấp của tế bào, tạo

ra sản phẩm trung gian là các gốc tự do

+ Hội chứng viêm nhiễm

Hội chứng viêm nhiễm là một phản ứng tự vệ của cơ thể sống nhằm chống lại sự tấn công của các vi khuẩn hoặc các vi sinh vật lạ từ bên ngoài xâm nhập vào cơ thể hoặc sinh

ra ngay trong cơ thể Khi các vi khuẩn hoặc các vi sinh vật xâm nhập vào cơ thể sẽ bị bạch cầu đa nhân trung tính bao kín để làm nhiệm vụ thực bào Lúc này enzyme NADPH oxydase ở màng bạch cầu được hoạt hóa, xúc tác phản ứng giữa O2 và NADPH tạo nên gốc tự do O2  -

, từ đó tạo nên nhiều gốc tự do khác nhau phân hủy các vi sinh vật lạ Một phần các gốc tự do bị thoát ra ngoài bạch cầu và gây nên những phản ứng viêm

+ Các enzyme thân oxy hóa[24]

Một hệ thống các enzyme thân oxy hóa trong cơ thể có khả năng tạo gốc tự do như xanthine oxydase (XO), NADPH oxydase, nitric oxide synthase Gốc O2  -

và NO là 2 gốc tự do chính được sinh ra dưới sự xúc tác của các enzyme thân oxy hóa này

+ Các ion kim loại chuyển tiếp

Phản ứng giữa một ion kim loại chuyển tiếp và một hợp chất peroxide cũng góp phần sản sinh ra gốc tự do trong cơ thể

 Nguồn ngoại sinh

Ngoài những yếu tố nội sinh, gốc tự do còn được hình thành trong cơ thể bởi các yếu

tố ngoại sinh như sự ô nhiễm môi trường, bức xạ, khói thuốc, ozon

+ Sự bức xạ

Dưới tác dụng của bức xạ, các gốc tự do như O2 

, HO, HOO được hình thành trong

cơ thể Vì thành phần chủ yếu của cơ thể là nước, do đó khi bức xạ có năng lượng cao (tia

X, tia UV ) chiếu vào cơ thể sẽ phân hủy nước thành các gốc tự do Điều này giải thích

cho sự lão hóa da người tăng lên ở những vùng bị phơi bày dưới ánh sáng Đó là do tia cực tím đã làm sản sinh ra những gốc tự do có khả năng tham gia quá trình peroxide hóa lipid ở các tế bào da

+ Khói thuốc lá

Khói thuốc chứa một lượng lớn những hợp chất như aldehyde, expoxyde, peroxyde và những gốc oxy hóa như nitric oxide, gốc peroxyl, gốc với trung tâm carbon hiện diện trong pha khí Theo ước tính, một làn hơi thuốc lá có khoảng 1015

gốc tự do Chúng có khả năng tồn tại trong thời gian dài cho đến khi chúng tấn công túi phổi Bên cạnh đó, khói thuốc còn chứa các gốc bền trong nhựa thuốc Sự vi xuất huyết là nguyên nhân chủ yếu của sự kết tủa sắt được tìm thấy ở mô phổi của những người hút thuốc Sắt trong thể này dễ dàng xúc tác cho phản ứng Fenton, sinh gốc HO● độc hại

+ Ozon

Ozon là một trong những tác nhân độc hại tạo ra gốc tự do và sự ảnh hưởng của nó trên

cơ thể sống biểu hiện chủ yếu qua tổn thương ở phổi và máu Ozon có thể phản ứng trực tiếp với các hợp chất bất bão hòa như các acid béo trong lipid hoặc có thể tự sinh gốc O2,

từ đó gia tăng khả năng hình thành các gốc tự do trong cơ thể[23]

d Vai trò của gốc tự do

Theo ước tính, trung bình một ngày có khoảng 10 000-20 000 gốc tự do hoạt động trong cơ thể con người Xét về phương diện có lợi, gốc tự do rất cần thiết đối với các hoạt động của cơ thể sống Trong quá trình trao đổi chất, gốc tự do đóng vai trò trung gian di chuyển các điện tử từ phân tử này sang phân tử khác nhằm tạo ra năng lượng Gốc tự do góp phần cùng với bạch cầu tiêu diệt các vi sinh vật có hại, tăng cường khả năng bảo vệ cho hệ thống miễn dịch của cơ thể Gốc tự do giúp tiêu diệt các vi sinh vật lạ, gốc tự do còn góp phần quét dọn những tế bào già, chết trong cơ thể tạo điều kiện cho những tế bào mới sinh sôi, phát triển và tiêu diệt những tế bào bất thường như tế bào ung thư Ngoài ra, gốc tự do còn tham gia vào nhiều quá trình có lợi khác cho cơ thể như đóng vai trò là chất