Nghiên cứu ứng dụng dịch chiết xuất từ gừng và riềng trong bảo quản phile cá diêu hồng

Xuất phát từ những lý do trên, em tiến hành thực hiện đề tài “Nghiên cứu ứng dụng dịch chiết từ gừng và riềng trong bảo quản phile cá Diêu Hồng” nhằm nâng cao khả năng bảo quản với đối t

MỤC LỤC

LỜI CAM ĐOAN v

LỜI CẢM ƠN vi

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT vii

DANH MỤC CÁC BẢNG viii

MỞ ĐẦU 1

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN TÀI LIỆU 3

1.1 Ứng dụng các hợp chất tự nhiên từ thực vật trong bảo quản thực phẩm 3

1.1.1 KHẢ NĂNG BẢO QUẢN THỰC PHẨM BẰNG CÁC NGUYÊN LIỆU THỰC VẬT 3

1.1.2 TỔNG QUAN VỀ NGUYÊN LIỆU GỪNG 4

1.1.2.1 Phân bố và phân loại gừng ở Việt Nam 4

1.1.2.2 Đặc điểm thực vật học 6

1.1.2.3 Thành phần hóa học và giá trị dinh dưỡng củ gừng 7

1.1.2.4 Sản lượng và giá trị kinh tế 8

1.1.3 TỔNG QUAN VỀ NGUYÊN LIỆU RIỀNG 9

1.1.3.1 Phân bố và phân loại Riềng ở Việt Nam 9

1.1.3.2 Đặc điểm sinh học [27] 10

1.1.3.3 Thành phần hóa học và giá trị dinh dưỡng 10

1.1.3.4 Sản lượng và giá trị kinh tế 11

1.1.3.5 Vai trò của riềng trong công nghệ thực phẩm và đời sống 11

1.1.4 CÁC NGHIÊN CỨU VỀ THÀNH PHẦN CÓ HOẠT TÍNH SINH HỌC TỪ GỪNG VÀ RIỀNG 12

1.1.4.1 Các thành phần tự nhiên có hoạt tính sinh học trong gừng, riềng 12

1.1.4.2 Các nghiên cứu về gừng 13

1.1.4.3 Các nghiên cứu về Riềng 14

1.1.5 CÁC PHƯƠNG PHÁP CHIẾT TÁCH CÁC HỢP CHẤT CÓ HOẠT TÍNH SINH HỌC TỪ GỪNG VÀ RIỀNG 14

1.1.5.1 Xử lý nguyên liệu ban đầu 15

1.1.5.2 Phương pháp chiết tách các hợp chất tự nhiên có hoạt tính sinh học 15 1.2 Tổng quan về cá Diêu Hồng 17

1.2.1 NGUỒN GỐC VÀ ĐẶC ĐIỂM SINH HỌC CỦA CÁ DIÊU HỒNG 17

1.2.2 THÀNH PHẦN HÓA HỌC VÀ GIÁ TRỊ DINH DƯỠNG CỦA THỊT CÁ DIÊU HỒNG 18

1.2.3 TÌNH HÌNH NUÔI TRỒNG, SẢN LƯỢNG VÀ GIÁ TRỊ KINH TẾ CỦA CÁ DIÊU HỒNG 19

1.2.4 CÁC BIẾN ĐỔI CHẤT LƯỢNG CỦA CÁ TRONG QUÁ TRÌNH BẢO QUẢN 20

1.2.4.1 Các biến đổi chất lượng của cá sau khi chết 20

1.2.4.2 Đánh giá các yếu tố gây hư hỏng chất lượng phile cá 21

1.2.5 CÁC PHƯƠNG PHÁP BẢO QUẢN CÁ DIÊU HỒNG TƯƠI SỐNG PHỔ BIẾN HIỆN NAY 23

1.2.5.1 Bảo quản và vận chuyển cá ở trạng thái tươi sống 23

1.2.5.2 Bảo quản bằng cách hạn chế hoạt động của enzym và vi sinh vật 23

1.3 Nisin và các ứng dụng trong bảo quản thực phẩm 24

1.3.1 NGUỒN GỐC CỦA NISIN 24

1.3.2 ĐẶC TÍNH CỦA NISIN 25

1.3.3 CÁC ỨNG DỤNG NISIN TRONG BẢO QUẢN THỰC PHẨM 26

CHƯƠNG 2 VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 27

2.1 Vật liệu nghiên cứu 27

2.1.1 NGUYÊN LIỆU 27

2.1.1.1 Cá Diêu Hồng 27

2.1.1.2 Gừng 27

2.1.1.3 Riềng 28

2.1.1.4 Các chủng vi sinh vật chỉ thị gây bệnh 28

2.1.2 HÓA CHẤT VÀ MÔI TRƯỜNG NUÔI VI SINH VẬT 28

2.1.2.1 Hóa chất 28

2.1.2.2 Môi trường nuôi cấy vi sinh vật 29

2.1.3 DỤNG CỤ VÀ THIẾT BỊ NGHIÊN CỨU 30

2.1.3.1 Dụng cụ 30

2.1.3.2 Thiết bị 30

2.2 Phương pháp nghiên cứu 31

2.2.1 PHƯƠNG PHÁP PHÂN TÍCH HÓA LÝ- HÓA SINH 31

2.2.1.1 Phương pháp xác định độ ẩm nguyên liệu (TCVN 3700-1990) 31

2.2.1.2 Phương pháp xác định pH (TCVN 4835:2002) 31

2.2.1.3 Phương pháp định lượng NH 3 (TCVN 3706-1990) 31

2.2.1.4 Phương pháp định lượng lipit thô [32] 31

2.2.1.5 Phương pháp so màu định lượng polyphenol tổng số 31

2.2.1.6 Phương pháp đo độ nhớt của dịch chiết 33

2.2.1.7 Phương pháp đo màu 33

2.2.2 PHƯƠNG PHÁP PHÂN TÍCH VI SINH 33

2.2.2.1 Phương pháp định lượng vi sinh vật tổng số hiếu khí 33

2.2.2.2 Phương pháp định lượng tổng số vi khuẩn đường ruột Enterobacteriaceae 35

2.2.2.3 Phương pháp định lượng Staphylococcus aureus 35

2.2.2.4 Phương pháp định tính khả năng kháng khuẩn của dịch chiết bằng khuếch tán đĩa giấy 36

2.2.2.5 Phương pháp đối kháng lỏng kiểm tra khả năng kháng khuẩn của dịch chiết 37

2.2.3 PHƯƠNG PHÁP THỰC NGHIỆM 38

2.2.3.1 Quy trình sản xuất dịch chiết trong dung môi cồn 38

2.2.3.2 Quy trình bảo quản phile cá Diêu Hồng 39

CHƯƠNG 3 KẾT QUẢ VÀ BÀN LUẬN 41

3.1 Nghiên cứu tìm điều kiện xử lý, chiết tách gừng và riềng để thu dịch chiết có khả năng bảo quản thủy hải sản 41

3.1.1 KHẢO SÁT THỜI GIAN SẤY VÀ MỘT SỐ ĐẶC TÍNH BỘT GỪNG, RIỀNG 41

3.1.2 NGHIÊN CỨU ĐIỀU KIỆN CHIẾT TÁCH GỪNG, RIỀNG 42

3.1.2.1 Xác định thời gian chiết tách 42

3.1.2.2 Đánh giá một số đặc tính hóa lý của dịch chiết gừng/riềng thu được 44

3.1.3 ĐÁNH GIÁ KHẢ NĂNG KHÁNG KHUẨN CỦA DỊCH CHIẾT GỪNG, RIỀNG 45

3.1.3.1 Đánh giá khả năng kháng khuẩn bằng khuếch tán đĩa giấy 45

3.1.3.2 Đánh giá khả năng ức chế vi sinh vật gây bệnh (đối kháng lỏng) 49

3.2 Nghiên cứu bảo quản phile cá Diêu Hồng bằng dịch chiết gừng/riềng và kết hợp phụ gia an toàn 51

3.2.1 KHẢO SÁT THỜI GIAN NHÚNG DỊCH 51

3.2.2 KHẢO SÁT TỶ LỆ DỊCH GỪNG, RIỀNG NHÚNG 52

3.2.3 NGHIÊN CỨU BẢO QUẢN PHILE CÁ DIÊU HỒNG BẰNG DỊCH CHIẾT GỪNG, RIỀNG RIÊNG RẼ VÀ KẾT HỢP PHỤ GIA NISIN 53

3.2.3.1 Chỉ tiêu tổng VSV hiếu khí trong quá trình bảo quản 54

3.2.3.2 Chỉ tiêu Enterobacteriacea trong quá trình bảo quản 55

3.2.3.3 Chỉ tiêu S aureus trong quá trình bảo quản 56

3.2.3.4 Biến đổi pH trong quá trình bảo quản 57

3.2.3.5 Chỉ tiêu NH 3 trong quá trình bảo quản 58

3.3 Đánh giá chất lƣợng phile cá Diêu Hồng sau bảo quản bằng hỗn hợp dịch chiết 59

3.3.1 ĐO MÀU SẮC ĐÁNH GIÁ THEO CHỈ SỐ L-A-B 59

3.3.2 ĐÁNH GIÁ CHỈ TIÊU HÓA LÝ 60

3.3.3 ĐÁNH GIÁ CẢM QUAN 61

3.4 Xây dựng quy trình bảo quản phile cá Diêu Hồng bằng dịch chiết gừng/riềng và phụ gia an toàn 62

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 64

KẾT LUẬN 64

KIẾN NGHỊ 64

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan luận văn này là công trình nghiên cứu của riêng tôi dưới sự hướng dẫn khoa học của PGS.TS Phan Thanh Tâm Các số liệu và kết quả trong luận văn là trung thực và chưa được công bố trong bất kỳ tài liệu nào

Tôi xin cam đoan mọi sự giúp đỡ trong quá trình hoàn thành luận văn đã được cảm

ơn và các thông tin trích dẫn trong luận văn đã được ghi rõ nguồn gốc

Tôi xin hoàn toàn chịu trách nhiệm về những số liệu trong luận văn này

Hà Nội, tháng 4 năm 2016

Học viên

Nguyễn Văn An

LỜI CẢM ƠN

Em xin chân thành cảm ơn các thầy cô trong bộ môn Công nghệ thực phẩm,

bộ môn Công nghệ sinh học và bộ môn Quản lý chất lượng, các cán bộ quản lý phòng thí nghiệm C4 phòng 111, 112 và 204 thuộc Viện Công nghệ Sinh học và Công nghệ Thực phẩm, Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội đã đào tạo, giúp đỡ và tạo điều kiện cho em trong suốt thời gian học tập và làm thí nghiệm Em xin cảm ơn

cô PGS.TS Phan Thanh Tâm đã tận tình hướng dẫn và giúp đỡ em thực hiện nghiên cứu

Xin gửi lời cảm ơn tới gia đình và bạn bè đã khích lệ, động viên và giúp đỡ

em vượt qua mọi khó khăn để hoàn thành luận văn này

Hà Nội, tháng 4 năm 2016

Học viên

Nguyễn Văn An

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT

STT CHỮ VIẾT TẮT TÊN ĐẦY ĐỦ (tiếng anh) Ý NGHĨA

1 ATP Adenosin triphosphat Phân tử mang năng lƣợng

DANH MỤC CÁC BẢNG

Bảng 1.1 Thành phần dinh dưỡng trong 100g Gừng [23] 7

Bảng 1.2 Thành phần dinh dưỡng trong 100g Riềng [23] 10

Bảng 1.3 Thành phần dinh dưỡng trong 100g cá Diêu Hồng [23] 18

Bảng 1.4 Quy định giới hạn cho phép vi sinh vật trong cá và thuỷ sản tươi [38] 22

Bảng 2.1 Các chế độ chiết với thời gian chiết khác nhau 32

Bảng 3.1 Theo dõi thời gian nhiệt độ sấy gừng/riềng 41

Bảng 3.2 Kết quả khảo sát một số đặc tính hai loại bột nguyên liệu 42

Bảng 3.3 Các đặc tính dịch chiết thu được 44

Bảng 3.4 Số lượng vi sinh vật còn sống sót với phương pháp đối kháng lỏng (mật độ ban đầu 104 CFU/ml) 50

Bảng 3.5 Đánh giá cảm quan các mẫu phile cá theo thời gian nhúng khác nhau 52

Bảng 3.6 Kết quả đo màu các mẫu phile cá Diêu Hồng trong quá tình bảo quản 59

Bảng 3.7 Tổng hợp theo dõi chỉ tiêu hóa lý của các mẫu phile bảo quản sau 12 ngày 60

Bảng 3.8 Theo dõi cảm quan mẫu phile cá sử dụng dịch nhúng Gừng/riềng-50/50+nisin 300ppm 61

DANH MỤC HÌNH

Hình 1.1 Cây gừng (Zingiber offinale Roscoe) [27] 6

Hình 1.2 Củ Riềng (Alpinia Officinarum Hance) 10

Hình 1.3 Cấu trúc của Nisin 24

Hình 2.1 Cá Diêu Hồng 27

Hình 2.2 Phile cá Diêu Hồng 27

Hình 2.3 Nguyên liệu gừng Gié (Kỳ Sơn – Nghệ An) 28

Hình 2.4 Nguyên liệu Riềng 28

Hình 2.5 Quy trình chiết dịch gừng và riềng trong dùng môi cồn 38

Hình 2.6 Quy trình bảo quản phile cá Diêu Hồng bằng dịch chiết gừng, riềng 39

Hình 3.1 Hai dịch chiết gừng (bên phải) và riềng (bên trái) nồng độ 25mg bột/ml 44 Hình 3.2 Vòng kháng khuẩn của gentamycine với Salmonella 46

Hình 3.3 Vòng kháng khuẩn của Gentamycine với S.aureus 46

Hình 3.4 Vòng kháng khuẩn của Gentamycine với V parahaemolyticus 46

Hình 3.5 Vòng kháng khuẩn của Gentamycine với E.coli 46

Hình 3.6 Vòng kháng khuẩn của các dịch chiết gừng với chủng S.aureus với các nồng độ khác nhau 47

Hình 3.7 Vòng kháng khuẩn của các dịch chiết gừng với chủng E.coli với các nồng độ khác nhau 47

Hình 3.8 Vòng kháng khuẩn của các dịch chiết gừng với chủng V Parahaemolyticus với các nồng độ khác nhau 47

Hình 3.9 Vòng kháng khuẩn của các dịch chiết gừng với chủng Salmonella với các nồng độ khác nhau 47

Hình 3.10 Vòng kháng khuẩn của các dịch chiết riềng với E.coli với các nồng độ khác nhau 49

Hình 3.11 Vòng kháng khuẩn của các dịch chiết riềng với chủng Salmonella với các

nồng độ khác nhau 49

Hình 3.12 Vòng kháng khuẩn của các dịch chiết riềng với chủng S.aureus với các nồng độ khác nhau 49

Hình 3.13 Vòng kháng khuẩn của các dịch chiết riềng với chủng V Parahaaemolyticus với các nồng độ khác nhau 49

Hình 3.14 Quy trình bảo quản phile cá Diêu Hồng kết hợp phụ gia an toàn 62

DANH MỤC BIỂU ĐỒ Biểu đồ 1.1 Biểu đồ Sản lượng thủy sản Việt Nam [9] 19

Biểu đồ 2.1 Đường chuẩn axit Gallic xác định hàm lượng polyphenol 32

Biểu đồ 3.1 Hàm lượng polyphenol của dịch chiết gừng thu được theo thời gian 43

Biểu đồ 3.2 Hàm lượng polyphenol của dịch chiết riềng thu được theo thời gian 43

Biểu đồ 3.3 Đường kính vòng kháng khuẩn với dịch chiết gừng 47

Biểu đồ 3.4 đường kính vòng kháng khuẩn của các loại dịch chiết Riềng 48

Biểu đồ 3.5 Số lượng tổng VSV HK của các mẫu với thời gian nhúng khác nhau 51

Biểu đồ 3.6 Số lượng tổng VSV HK của phile cá với tỷ lệ kết hợp dịch chiết khác nhau 53

Biểu đồ 3.7 Số lượng tổng VSV HK của các mẫu phile cá 54

Biểu đồ 3.8 Số lượng Enterobacteriacea các mẫu trong bảo quản 55

Biểu đồ 3.9 Số lượng S aureus của các mẫu phile cá trong quá trình bảo quản 56

Biểu đồ 3.10 Biến đổi pH các mẫu phile cá trong quá trình bảo quản 57

Biểu đồ 3.11 Biến đổi NH3 các mẫu phile cá trong quá trình bảo quản 58

MỞ ĐẦU

Do đặc điểm tự nhiên, nước ta có nhiều ao hồ sông ngòi, bờ biển trải dài nên hàng năm khả năng nuôi trồng, khai thác và đánh bắt tạo ra nguồn lợi thủy sản tương đối lớn Năm 2015 tổng sản lượng thủy sản đạt hơn 6,56 triệu tấn; trong đó, khai thác 3,03 triệu tấn, nuôi trồng 3,53 triệu tấn; diện tích nuôi trồng là 1,28 triệu ha; kim ngạch xuất khẩu khoảng 6,72 tỷ USD [41] Nhưng theo đánh giá các mặt hàng thủy sản vẫn bị hạn chế ở khâu vận chuyển, chế biến và bảo quản nên giá trị kinh tế chưa tương xứng

Cá Diêu Hồng hay còn gọi là cá Điêu Hồng, cá Rô phi Đỏ là một loại thủy sản nước ngọt tương đối phổ biến và đang được ưa chuộng ở thị trường trong nước bên cạnh các loại thủy sản khác Sản lượng loại cá này hàng năm được nuôi cung cấp cho thị trường nội địa tương đối lớn, tuy vậy không như ở các nước công nghiệp chế biến phát triển, người tiêu dùng nước ta chưa có thói quen sử dụng các sản phẩm cấp đông hoặc đã chế biến sẵn mà chủ yếu tiêu thụ ở dạng tươi, việc sử dụng các sản phẩm như vậy chỉ là lựa chọn thứ yếu Nhưng với đặc điểm khí hậu nóng ẩm như ở nước ta, tình trạng ô nhiễm môi trường sống nói chung và ô nhiễm môi trường chăn nuôi, giết mổ nói riêng đang là những trở ngại với thói quen này Cuộc sống hiện đại, thời gian nấu nướng hạn chế hơn nên khi chuyển sang dạng phile sẽ tiện lợi hơn cho người tiêu dùng Thông thường, cá Diêu Hồng được bán thương phẩm dạng tươi sống ngoài chợ hoặc dạng bảo quản lạnh nguyên con đã moi ruột trong các siêu thị Khi chuyển sang dạng phile, nếu không được bảo quản tốt sẽ dễ hư hỏng hơn so với dạng nguyên con do bề mặt thịt cá tiếp xúc nhiều hơn với không khí sẽ đẩy nhanh quá trình oxy hóa chất béo, vấn đề nhiễm khuẩn từ quá trình sơ chế cũng tiềm ẩm nhiều nguy cơ hơn

Gừng và riềng là các nguyên liệu thực vật phổ biến được trồng ở khắp các vùng miền ở nước ta Trước nay, đây vẫn là những loại cây gia vị và thảo dược quan trọng trong đời sống hàng ngày Đã có nhiều nghiên cứu về gừng, riềng chỉ ra khả năng kháng khuẩn, chống oxy hóa của các thành phần có hoạt tính sinh học trong đó nhưng mới chỉ dừng lại ở các nghiên cứu cơ bản với một số ít ứng dụng còn hạn chế Các nghiên cứu ứng dụng bảo quản từ hai loại nguyên liệu thực vật

này trong thực phẩm còn ít và chưa có nhiều áp dụng vào thực tế sản xuất Nisin là một phụ gia an toàn, hiện được sử dụng ngày càng rộng rãi trong bảo quản thực phẩm Nếu có thể ứng dụng kết hợp các nguyên liệu này vào bảo quản thực phẩm, chúng ta có thể có thêm những lựa chọn bảo quản thực phẩm mới, an toàn, thân thiện hơn với người tiêu dùng Điều này khắc phục những hạn chế của việc bảo quản bằng hóa chất các sản phẩm thực phẩm hiện nay, là một trong các nguyên nhân gây ngộ độc thực phẩm, ảnh hưởng tới sức khỏe người tiêu dùng

Xuất phát từ những lý do trên, em tiến hành thực hiện đề tài “Nghiên cứu ứng dụng dịch chiết từ gừng và riềng trong bảo quản phile cá Diêu Hồng” nhằm nâng cao khả năng bảo quản với đối tượng thủy sản cá Diêu Hồng, một loại thủy sản nước ngọt có giá trị dinh dưỡng và kinh tế cao bằng các thành phần có bản chất

tự nhiên an toàn Đây cũng có thể coi như một hướng nghiên cứu nhằm nâng cao giá trị và tăng tính ứng dụng của nguyên liệu gừng và riềng – các loại nguyên liệu thực vật phổ biến ở nước ta

Nội dung nghiên cứu

- Nghiên cứu tìm điều kiện xử lý và chiết tách gừng và riềng để thu dịch chiết có khả năng bảo quản thủy hải sản

- Nghiên cứu bảo quản phile cá Diêu Hồng bằng dịch chiết gừng, riềng kết hợp phụ gia an toàn

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN TÀI LIỆU

1.1 Ứng dụng các hợp chất tự nhiên từ thực vật trong bảo quản thực phẩm 1.1.1 Khả năng bảo quản thực phẩm bằng các nguyên liệu thực vật

Thực phẩm là sản phẩm mà con người ăn, uống ở dạng tươi sống hoặc đã qua sơ chế, chế biến, bảo quản với mục đích dinh dưỡng và thị hiếu hoặc hỗ trợ phòng, điều trị bệnh Trong đời sống hàng ngày nguồn nguyên liệu thực phẩm rất đa dạng, có thể từ động vật, thực vật hoặc nấm ăn được Bản chất các nguyên liệu này rất dễ bị hư hỏng do trong thành phần của chúng là môi trường thuận lợi cho vi sinh vật phát triển gây hư hỏng hoặc do các biến đổi sinh hóa tự thân chịu ảnh hưởng của môi trường bên trong hoặc bên ngoài nguyên liệu đó Vì vậy phát sinh nhu cầu rất lớn phải bảo quản nguyên liệu và sản phẩm thực phẩm

Bảo quản thực phẩm là biện pháp làm cho thực phẩm có thể giữ nguyên được trạng thái như lúc tươi mới mà không bị thối hỏng trong một thời gian dài Đây là một nhu cầu rất lớn với nhà sản xuất và là biện pháp bắt buộc để lưu thông phân phối cũng như dự trữ thực phẩm Bảo quản thực phẩm còn giúp chuyên chở, vận chuyển, buôn bán thực phẩm một cách dễ dàng Nó giúp duy trì hoa quả tươi lâu, thịt cá và các loại rau củ có thể được vận chuyển dễ dàng từ vùng này sang vùng khác trong một quốc gia, từ nước này sang nước khác trên thị trường quốc tế Quá trình hư hỏng thực phẩm gồm các nguyên nhân chính do vi sinh vật bên ngoài xâm nhập, phát triển gây hư hỏng; do sự hoạt động của các enzym trong bản thân nguyên liệu đó hay do các côn trùng, động vật phá hoại Bảo quản thực phẩm là tìm cách chống lại các nguyên nhân gây hư hỏng này

Mặc dù một trong các hướng bảo quản thực phẩm phổ biến hiện nay là sử dụng hóa chất nhưng bên cạnh hiệu quả bảo quản, nó tiềm tàng khả năng gây ảnh hưởng không tốt sức khỏe người tiêu dùng trong thời gian dài bởi việc lạm dụng các loại hóa chất, sử dụng không đúng liều lượng và bất chấp các cảnh báo đưa ra Hướng nghiên cứu khai thác và ứng dụng các thành phần có bản chất tự nhiên từ thực vật mở ra một triển vọng mới nhằm hạn chế các nhược điểm của phương pháp bảo quản sử dụng hóa chất như nêu trên Thực tế, các loài thực vật hiện nay đều đã được nghiên cứu ít nhiều, với các loại cây gia vị thì đã có truyền thống sử dụng

hàng ngàn năm nay và đã có nhiều nghiên cứu chỉ ra khả năng kháng khuẩn của các thành phần trong chúng [26] Các thành phần đã được nghiên cứu nhiều như: các alcaloid, terpenoid, steroid, flavonoid, vitamin, đều có trong thực vật với hàm lượng khác nhau tùy loài và các hoạt tính sinh học của chúng nghiên cứu thấy đều

có hiệu quả rất khả quan [36, 44] Các hoạt tính sinh học có thể hiểu bao gồm hoạt tính kháng vi sinh vật, hoạt tính kháng viêm, hoạt tính chống oxi hóa và hoạt tính chống ung thư [8]

Trong đời sống thường sử dụng các cây và củ quả như Cần Tây, Hành, Tỏi, Hạt tiêu, Quế, Xả, Hồi, Gừng, Riềng, Nghệ những cây này thường làm gia vị đồng thời có tác dụng kháng khuẩn, chống OXH, một số dùng để bảo quản đồ hộp vừa đơn giản lại đem lại hiệu quả bảo quản cao

Mặc dù hoạt tính sinh học của từng loại nguyên liệu còn bị giới hạn ở mức

độ nhất định và với đặc điểm các thành phần tự nhiên dễ bị biến đổi do nhiệt độ, phương pháp xử lý tách chiết và bảo quản chúng, tuy nhiên, đây là cơ sở mở ra triển vọng nghiên cứu khai thác và ứng dụng các thành phần tự nhiên có trong thực vật làm nguồn bảo quản thực phẩm

1.1.2 Tổng quan về nguyên liệu gừng

1.1.2.1 Phân bố và phân loại gừng ở Việt Nam

Phân bố thực vật của gừng trên thế giới

Gừng (tên khoa học là: Zingiber officinale Roscoe ) thuộc chi Gừng

(Zingiber Bochmer), thuộc Họ gừng (Zingiberaceae), Bộ Gừng (Zingiberales), Phân lớp Thài Lài (Commelinidae), Lớp Hành (Liliopsida), Ngành Ngọc Lan (Magnoliophyta)

Các loài thuộc chi này gồm các cây thân thảo có nguồn gốc ở vùng nhiệt đới châu Á nhưng ngày nay được trồng hoặc mọc hoang dại nhiều nơi ở Đông Nam Á, Châu Phi, Châu Mỹ La Tinh, Châu Úc Trong đó, trung tâm phong phú nhất của chi này là ở khu vực Đông Nam Á Những nước trồng nhiều gừng gồm: Ấn Độ, Malayxia, Trung Quốc, Thái Lan, Việt Nam… Khoảng 50% sản lượng gừng thế giới là ở Ấn Độ; chất lượng gừng tốt nhất ở Jamaica [23]

Phân loại thực vật học một số giống gừng ở VN

Việt Nam có nguồn gen thực vật phong phú, trong khoảng 150 loài của chi gừng trên thế giới thì nước ta cũng có khoảng trên 20 loài và theo thời gian, số lượng loài được tìm thấy ngày càng tăng Trước đây, Phạm Hoàng Hộ (2003) đã

thống kê và mô tả tóm tắt 11 loài, gồm: Gừng (Zingiber officinale Roscoe - đây là

loài phổ biến nhất, là nguồn chính cung cấp tinh dầu và làm gia vị của chi gừng Cây thường mọc hoang dại và được trồng nhiều ở Việt Nam, ngoài ra còn gặp ở Ấn

Độ, Pakistan, Mianma, Trung Quốc và nhiều nước Đông Nam Á khác); Gừng Nhọn

(Zingiber acuminatum Valeton); Gừng Nam Bộ (Zingiber cochinchinensis Gagnep.); Gừng Eberhardt (Zingiber eberhardtii Gagnep.); Gừng Lúa (Zingiber

gramineum Bl.); Gừng Một Lá (Zingiber monophyllum Gagnep.); Gừng Bọc Da

(Zingiber pellitum Gagnep.); Gừng Tía (Zingiber purpureum Roscoe); Gừng Đỏ (Zingiber rubens Roxb.); Gừng Lông Hung (Zingiber rufopilosum Gagnep.); Gừng Gió (Zingiber zerumbet (L) J.E.Sm.) [33]

Theo thống kê phân loại sau đó của Nguyễn Quốc Bình (2011) nước ta có 14 loài gừng [27] Theo sắp xếp của tác giả này thì các loại gừng đó là: Gừng Bọc Da,

Gừng Lông Hung, Gừng Một Lá, Gừng Colin (Zingiber collinsii J Mood & I

Theilade), Gừng (Zingiber Officinale Roscoe), Gừng Eberhardt, Gừng Lào

(Zingiber laoticum Ganep.), Gừng Lúa, Lu Công (Zingiber mioga), Gừng núi

(Phạm Hoàng Hộ gọi là Gừng Tía), Gừng Gió, Gừng Nam Bộ, Gừng Nhọn, Gừng

Đỏ Và mới đây nhất (7/2015), theo thông tin của Trung tâm Dữ liệu Thực vật Việt Nam, trên cơ sở mẫu thu thập được từ năm 2010 tới 2014 bởi sự hợp tác nghiên cứu của Bảo tàng thiên nhiên Việt Nam và Vườn thực vật Singapo cùng một số nhà khoa học thành phố Hồ Chí Minh đã phát hiện thêm 9 loài gừng mới [28] Kết quả này đã được công bố trên tạp chí chuyên ngành Phytotaxa [57]

Nói chung, nước ta có sự đa dạng lớn về nguồn gen cây gừng, tuy nhiên ngoài một số loài được trồng phổ biến thì hầu hết đều có vùng phân bố hẹp theo từng địa phương Ở các tỉnh phía bắc, loài Gừng có nhiều giống được trồng phổ biến với các tên gọi như: gừng Gié, gừng Trâu, gừng Cát Bà,…[13]

1.1.2.2 Đặc điểm thực vật học

Hình 1.1 Cây gừng (Zingiber offinale Roscoe) [27]

Ở nước ta, loài Zingiber officinale Roscoe được trồng phổ biến ở khắp các

vùng miền từ bắc vào nam, đặc biệt là các tỉnh miền núi Đây là một loài thực vật thân thảo, cây trưởng thành cao 0,5÷1m; củ màu vàng, rất thơm, nóng và cay; lá có phiến dài 15÷20cm, rộng 2,5cm; mép 2÷4mm Phát hoa ở đầu, hình bầu dục, trên cọng 5÷10cm; lá hoa xanh sau rìa đỏ; hoa vàng; môi to 2cm, có sọc đỏ; noãn sào không lông [33] Mùa hoa tháng 5-8, sống nơi đất mùn ẩm, ưa bóng [27]

Bộ phận thường dùng là thân rễ (nhân dân ta vẫn gọi là củ) Hầu hết gừng trồng từ

củ bất thụ nên rất ít khi có hoa [23] Củ gừng làm gia vị, làm thuốc và cất tinh dầu [7, 13, 46]

Giới thiệu về cây gừng Gié ở Nghệ An

Nghệ An có điều kiện tự nhiên nhiều đồi núi, gừng trồng có nguồn gốc địa phương cho chất lượng tốt và ổn định cho nên gừng được trồng tương đối nhiều, nhiều nhất là các huyện Tương Dương và Kỳ Sơn [45] Gừng Gié (có tài liệu viết là gừng Dé) là một trong những loại cây nông nghiệp quan trọng ở đây Gừng Gié (tên

khoa học là Zingiber officinale Roscoe) hiện đang được trồng với quy mô lớn, phục

vụ nhu cầu thị trường trong nước và đang từng bước được xuất khẩu sang các nước khác như: Nhật, Châu Âu, đem lại giá trị kinh tế cao

- Đặc điểm thực vật: Cây thấp, lá nhỏ, củ nhỏ, “thịt củ” màu vàng tươi, nhiều xơ nhưng rất cay và thơm

- Thời điểm sản xuất, thu hoạch: gừng trồng ở đây bắt đầu trồng vào mùa xuân (khoảng tháng 2-4 hàng năm) và thu hoạch vào mùa đông (tháng 12-1) Thường thu hoạch vào giai đoạn cây được 1 năm tuổi hoặc sớm hơn (khoảng 9 tới 10 tháng) tuy nhiên nếu chưa thu hoạch do giá thấp hoặc điều kiện thời tiết phù hợp thì có thể để lại, cây vẫn có thể phát triển thêm được, tới mùa xuân năm sau từ thân rễ các chồi mới lại mọc lên và lại bắt đầu một chu kỳ sinh trưởng mới Thân rễ (củ) ở gừng thường chỉ phân nhánh theo bề ngang trên mặt đất [14]

1.1.2.3 Thành phần hóa học và giá trị dinh dưỡng củ gừng

Thông thường trong củ Gừng tươi nước chiếm phần lớn (80-85%), các hợp chất khô chiếm khoảng 12-15%, còn tinh dầu chỉ có 0,25-0,35%; riêng với gừng Gié có lượng tinh dầu cao hơn gừng Trâu, khoảng gồm 2,8 ÷ 3,5% tinh dầu (trong

củ khô) Thành phần chính của tinh dầu loài này là zingiberen (30-38,1%) và các chất thuộc nhóm secquiterpen hydrocarbon (chiếm tới 60-70%) [13]

Gingerol, Shogoal, paradol, [15, 48] Hàm lượng nhựa dầu đã được công bố của gừng là 3-5%, hàm lượng polyphenol tổng khoảng 870,1mg/g chất khô trong dịch chiết thu được [55].

1.1.2.4 Sản lượng và giá trị kinh tế

Gừng là một gia vị quan trọng và phổ biến, vì vậy hầu hết được trồng và khai thác để sử dụng tại chỗ hoặc mua bán ở mức độ nhỏ trên các chợ ở từng địa phương Tuy nhiên, hiện nay nhiều nơi đã trồng gừng tập trung với quy mô lớn để tiến hành sản xuất hàng hóa mua bán rộng khắp với thị trường trong nước và trên thế giới như: Cao Bằng, Lạng Sơn, Nghệ An, Hải Dương, các tỉnh Tây Nguyên, Lâm Đồng, các tỉnh miền tây,…

Sản phẩm chế biến từ Gừng là mặt hàng được ưa chuộng trên thị trường thế giới Đây là một trong các mặt hàng gia vị quan trọng, sản lượng sản xuất hàng năm tương đối lớn, năm 2009 khoảng 1,2 triệu tấn/năm [2] Các mặt hàng thương mại phổ biến là gừng tươi, gừng khô nguyên củ, bột gừng và gừng thái lát sấy khô Từ năm 2000, sản lượng gừng xuất khẩu của chúng ta ra các thị trường (Châu Âu, Mỹ, Nhật, Trung Đông, ) đã vào khoảng hơn 192 nghìn tấn (nguồn: Viện nghiên cứu Thương Mại- Bộ Thương Mại) đem lại giá trị kinh tế nhiều triệu USD Các nước xuất khẩu gừng nhiều nhất hiện nay là: Ấn Độ, Trung Quốc, Nigeria, Thái Lan, …

A, Vai trò của gừng trong công nghệ thực phẩm

Có thể sử dụng gừng cả dạng tươi (củ, lá) hoặc dạng bột khô cho nhiều mục đích khác nhau

- Thường trong chế biến thực phẩm, củ gừng được giã nhuyễn hoặc cắt lát ướp vào thực phẩm: các món ăn thường dùng gừng như xào thịt, kho cá, các món nướng, kimchi, súp,

- Các sản phẩm khác như bánh, mứt, kẹo, trà, cà phê, nước giải khát, rượu và bia gừng cũng được sản xuất với thành phần không thể thiếu là gừng

- Gừng được sử dụng làm gừng muối hay nước chấm: tương gừng, nước mắm gừng,

B, Vai trò của gừng trong dược học

Gừng là một cây thuốc có giá trị không chỉ trong Đông y mà cả Tây y Trong Đông y, gừng là một vị thuốc dễ tìm, quan trọng và có nhiều tác dụng chữa bệnh (Gừng tươi tên đông y là Sinh Khương, gừng khô là Can khương,…) về đường tiêu hóa, đau nhức, cảm lạnh, [7, 46]

Chi gừng ở Việt Nam rất đa dạng, gồm nhiều loài nhưng chỉ có một số loài được trồng quy mô lớn trong đó có gừng Gié Loài gừng Gié có thể thích nghi tốt với các điều kiện thổ nhưỡng ở nhiều nơi, chất lượng luôn được đánh giá cao hơn so với các giống gừng Trâu Những ứng dụng của gừng trong thực phẩm là rất đa dạng, cùng với các tính chất dược học và cảm quan hữu ích kể trên, hướng nghiên cứu sử dụng dịch chiết từ gừng trong bảo quản là một định hướng nghiên cứu ứng dụng mới của loài thực vật này trong công nghệ thực phẩm

1.1.3 Tổng quan về nguyên liệu Riềng

1.1.3.1 Phân bố và phân loại Riềng ở Việt Nam

Riềng (tên khoa học là Alpinia officinarum Hance) còn có tên khác là Đậu

Khấu, Lương Khương hay Riềng thuốc là một chi thực vật lớn, phân bố khắp vùng Đông Á, Đông Nam Á, từ Ấn Độ tới Nhật Bản, Úc và khu vực Thái Bình Dương Tại Việt Nam, Riềng được trồng rất phổ biến, chúng được trồng và mọc hoang sinh trưởng ở khắp các vùng từ bắc vào nam, một số loài được coi là đặc hữu (Riềng Phú Thọ, Ré Bắc Bộ, ) [13, 30]

Theo thống kê của Nguyễn Quốc Bình (2011) thì nước ta có 31 loài Riềng trên tổng số 250 loài hiện biết trên thế giới [27] Nhưng cũng như Gừng, tuy có sự

đa dạng về nguồn gen các loài trong chi này ở nước ta nhưng thực tế chỉ có một số loài được trồng phổ biến và được đề cập tới nhiều trong các tài liệu về dược học hay

đời sống, như: Riềng, Riềng Nếp (Alpinia galanga (L.) Willd.), Riềng Ấm (Alpinia

zerumbet (Pers.) B.L Burtt & R.M Smith), Riềng Bắc Bộ, Riềng Bẹ, Riềng Lưỡi

Ngắn, Riềng Malacca,.v.v [13, 23, 46]

1.1.3.2 Đặc điểm sinh học [27]

Hình 1.2 Củ Riềng (Alpinia Officinarum Hance)

Cây cao 0,8-1,2m Phiến dạng mũi mác hẹp, cỡ 20-35x1,5-2,5cm; không cuống; lưỡi lá dài 1,5-3m Cụm hoa dạng chùy dài 10-15cm, không phân nhánh Lá bắc nhỏ; lá bắc con dạng vẩy, rất nhỏ, dài không quá 1m Ống đài dài 1-1,4 cm Ống tràng dài 8-10mm; các thùy hình bầu dục dài, cỡ 2-2,2x0,4-0,6cm Cánh môi cỡ 2-2,5x1,5-1,8cm, màu trắng, có sọc đỏ tỏa từ dưới lên trên Chỉ nhị dài 1-1,2cm, dài gấp 2 lần bao phấn; không mào Nhị lép mảnh, ngắn, đầu tù Bầu gần như hình cầu,

có lông Quả hình cầu, đường kính đến 1cm, màu đỏ Mùa hoa quả tháng 4-9, mọc dưới bóng cây, nơi ẩm Cây được trồng và mọc hoang nhiều nơi ở Việt Nam, ngoài

ra còn có ở Ấn Độ, Mianma, Trung Quốc, Thái Lan, Lào, Campuchia, Malayxia, Philippin, Indonexia và các nước Đông Nam Á khác

1.1.3.3 Thành phần hóa học và giá trị dinh dưỡng

Các thành phần chính của Riềng được mô tả theo bảng dưới đây

Bảng 1.2 Thành phần dinh dưỡng trong 100g Riềng [24]

Cũng như như gừng, khi đề cập tới riềng, người ta cũng thường quan tâm nhiều hơn tới các hợp chất tự nhiên làm nên tính chất của loại gia vị này ví dụ tinh dầu và các hợp chất phenol thực vật Nhiều thành phần đã được báo cáo như: 1,8-

cineol; α-cadinene; galangin; 3-O-methyl galangin; kaempferide; alipinin; galangol;

một số diarylheptanoid (được biết tới như các Diphenylheptanoid), [60, 61, 65, 66, 81] Nghiên cứu chiết riềng với dung môi cồn 95%(v/v) thì hàm lượng polyphenol đạt 40,9÷0,2mg/g [60]

1.1.3.4 Sản lượng và giá trị kinh tế

Cũng như gừng, riềng được trồng làm cây gia vị phổ biến phụ vụ nhu cầu nhỏ lẻ từng địa phương nhưng hiện nay có nhiều vùng ở nước ta đã sản xuất tập trung và thương mại hóa với số lượng lớn loài thực vật này: ở các tỉnh phía bắc như Hưng Yên, Bắc Ninh, một số tỉnh ở khu vực Tây Nguyên, Sản phẩm thường thấy trên thị trường là Riềng tươi, Riềng khô, bột Riềng

1.1.3.5 Vai trò của riềng trong công nghệ thực phẩm và đời sống

Riềng được sử dụng chủ yếu trong thực phẩm làm gia vị, trong đông y nó cũng là một vị thuốc với tên gọi Cao Lương Khương Riềng có thể sử dụng trực tiếp dạng tươi hay dạng bột khô trong chế biến thức ăn Các món ăn phổ biến thường dùng riềng như: các món thịt nướng, các món xào hay thêm trong thành phần chế biến với nguyên liệu thịt, cá để giảm mùi tanh,…Do có mùi thơm và vị cay đặc trưng nên đây là thành phần không thể thiếu trong một số phương thức chế biến thức ăn của nhân dân

Riềng được dùng cả trong đông và tây y làm thuốc kích thích tiêu hóa, ăn ngon cơm, chữa đầy hơi, đau bụng, đau dạ dày, sốt rét, sốt nóng, đi lỏng, trúng hàn

và nôn mửa [7, 46]

Riềng là một loại gia vị phổ biến, có thể tìm thấy hầu khắp các vùng miền nước ta Đây vừa là cây gia vị, cây cảnh, cây nông nghiệp quan trọng vừa là nguồn dược liệu quý trong chữa trị bệnh tật

1.1.4 Các nghiên cứu về thành phần có hoạt tính sinh học từ gừng và riềng 1.1.4.1 Các thành phần tự nhiên có hoạt tính sinh học trong gừng, riềng

Trong thành phần cấu tạo hóa học của gừng và riềng, ngoài các thành phần chính nêu trên còn có các thành phần khác đóng vai trò quan trọng vào khả năng kháng khuẩn thực vật của mỗi loại nguyên liệu Các hợp chất này thường chiếm lượng nhỏ (thường là các sản phẩm trao đổi chất thứ cấp trong tế bào), thuộc nhiều cấu trúc hóa học khác nhau [77] Một số thành phần chính quan trọng được chỉ ra như dưới đây, bao gồm:

Có nhiều cách phân loại các hợp chất phenol thực vật, thường người ta phân loại theo cấu trúc hóa học (số lượng cacbon trong phân tử) hay mức độ phổ biến của các nhóm chất này trong thực vật [83] Tuy vậy, dựa vào đặc điểm cấu tạo có thể chia thành 8 loại như sau [8]:

(1) Hydroxyl benzen (C6) và các dẫn xuất,

flavonoid; tanin Đây là nhóm chất rất được quan tâm và đã được nhiều nghiên cứu chỉ ra hoạt tính sinh học của chúng [36, 44, 70, 83]

Các nhóm hợp chất phenol thực vật trên luôn có mặt trong các loài thực vật nhưng hàm lượng, thành phần và tỷ lệ của chúng phân bố ở các loài là khác nhau, cùng một loài vào các thời kỳ sinh trưởng khác nhau hay trồng ở các địa phương khác nhau cũng khác nhau Thường mỗi loài thực vật được đặc trưng bởi một vài nhóm có hàm lượng cao hơn đáng kể so với các nhóm chất khác

b, Tinh dầu

Ở tất cả các bộ phận của cây gừng và cây riềng (thân, lá, hoa quả, thân rễ) đều có tinh dầu nhưng thường ở củ nhiều nhất, tập trung ở phần giữa vỏ và thịt củ [4, 13] Tinh dầu của hai loại nguyên liệu này được đánh giá có khả năng kháng khuẩn, kháng nấm cao Thành phần của tinh dầu hai loại nguyên liệu này rất phức tạp, có hàng chục chất khác nhau và biến đổi tùy theo từng bộ phận, điều kiện thổ nhưỡng, thời kỳ sinh trưởng và cách thức xử lý nguyên liệu Thường tinh dầu trong

củ riềng chứa 0,9-1% ; gồm chủ yếu : α-pinen ; 1,8-cineol ; eugenol ; cadinen ;… Còn tinh dầu gừng chứa chủ yếu : camphen (3,8%) ; 1,8-cineol (4,54%) ; borneol (0,33%) ; neral (1,96%) ; geranial (4,56%) ; ar-curcumen (12,9%) ; α-zingiberen (33%); [17]

c, Các vitamin

Trong các nguyên liệu thực vật thường có hàm lượng nhất định các vitamin nhưng nhóm các vitamin có hoạt tính sinh học được quan tâm hơn cả trong nghiên cứu này là các vitamin có khả năng chống oxi hóa cao, ví dụ: vitamin C [77] Vitamin C là một thành phần có hàm lượng nhỏ, tham gia vào khả năng chống oxi hóa của nguyên liệu khi bảo quản nhưng lại dễ bị ảnh hưởng trong quá trình xử lý

và bảo quản nguyên liệu ban đầu

OXH rất tốt từ gừng Theo báo cáo nghiên cứu (2005) của hai tác giả U.N Ekwenye

và N.N Elegalam khi đánh giá hoạt tính kháng khuẩn của dịch chiết cồn với gừng

và tỏi trên E.coli và S typhi, kết quả khuếch tán đĩa giấy thu được của gừng với E.coli là 9mm và S typhi là 10mm; khi chiết nước của tỏi không có hiệu quả với cả hai chủng vsv này thì gừng lại cho kết quả vòng kháng khuẩn 8mm với S.typhi [82]

Các nghiên cứu báo cáo sau đó cũng xác nhận khả năng kháng khuẩn này, S.P Malu và cs khi thay đổi các dung môi chiết (nước, n-hexan, ethyl acetate, Soxhlet với cồn) cho thấy trừ dịch chiết với nước, các dịch chiết còn lại đều có kết quả dương khi kiểm tra khả năng kháng khuẩn và ức chế các chủng gây bệnh như:

Coliform Bacillus, Staphylococus Epidermis, [74] Nhiều nghiên cứu khác về khả

năng kháng khuẩn và chống oxi hóa của dịch chiết gừng đều khẳng định dịch chiết

từ gừng có hoạt tính sinh học mạnh [49-52, 54-56, 62, 63, 76]

Ở Việt Nam cũng đã có những nghiên cứu khả năng kháng khuẩn của dịch chiết từ gừng với một số ít ứng dụng [11] Năm 2007, nhóm tác giả Nguyễn Thạc Hòa và cs đã nghiên cứu ứng dụng axit thực phẩm và dịch chiết gừng, tỏi để bảo quản thịt vịt cũng cho hiệu quả tốt mặc dù yếu tố cảm quan vẫn bị đánh giá là có ảnh hưởng [29]

1.1.4.3 Các nghiên cứu về Riềng

Các nghiên cứu về riềng tuy ít hơn gừng nhưng cũng chỉ ra được khả năng kháng khuẩn rất tốt của nguyên liệu này Các nghiên cứu gần đây thường đề cập nhiều tới Riềng Nếp, với Riềng thì mới chỉ phân lập các hợp chất chống oxi hóa trong thành phần của nó [58, 71, 80, 79]

1.1.5 Các phương pháp chiết tách các hợp chất có hoạt tính sinh học từ gừng

1.1.5.1 Xử lý nguyên liệu ban đầu

Gừng và riềng sau khi được thu hoạch, rửa sạch tạp chất đất cát được dùng làm nguyên liệu cho sản xuất dịch chiết Trong thực tế sản xuất, gừng và riềng là hai nguyên liệu được trồng và thu hoạch tập trung theo mùa vụ, sản lượng lớn nên việc bảo quản tươi nguyên củ để phục vụ sản xuất dịch chiết là rất khó khăn do có những biến đổi thành phần hóa học, dễ hư hỏng và chiếm diện tích kho chứa Điều

đó đặt ra yêu cầu phải đảm bảo ổn định chất lượng nguyên liệu đầu vào để dịch chiết sau khi sản xuất có tính chất ổn định và chất lượng cao nhất Thông thường biện pháp được sử dụng rộng rãi là sấy nguyên liệu với các hình thức khác nhau như: sấy nguyên củ, thái lát rồi sấy Các hai phương pháp sấy nguyên liệu phổ biến gồm:

- Phơi nắng: đây là phương pháp truyền thống, chi phí thấp và dễ tiến hành Tuy

nhiên nhược điểm là phụ thuộc điều kiện thời tiết, tốn thời gian và diện tích sân phơi, đồng thời không ổn định được nhiệt độ Cùng một lượng ẩm mất đi (khoảng 90%) nhưng dùng lò sấy ở 550C mất 13 giờ trong khi phơi nắng ở 38,160C mất khoảng 5 ngày (mỗi ngày phơi 12 giờ) [68]

- Sấy bằng lò sấy: tuy tốn kém chi phí về năng lượng, thiết bị nhưng có ưu điểm nổi

trội hơn so với phương pháp trên là tính chủ động và hiệu quả xử lý nguyên liệu cao hơn nhiều Phương pháp này không phụ thuộc thời tiết, chủ động điều chỉnh được nhiệt độ mong muốn và rút ngắn đáng kể thời gian sấy Đây là biện pháp xử lý nguyên liệu được áp dụng phổ biến nhất ở các vùng sản xuất nguyên liệu lớn ở nước ta Sau khi sấy, độ ẩm nguyên liệu giảm xuống mức an toàn có thể giữ nguyên trạng thái đó hoặc nghiền thành bột để dễ dàng bảo quản hơn

1.1.5.2 Phương pháp chiết tách các hợp chất tự nhiên có hoạt tính sinh học Các phương pháp chiết

Phương pháp chiết tách được sử dụng với hai loại nguyên liệu là chiết lỏng (xảy ra sự hòa tan các chất trong nguyên liệu vào dung môi chiết) Có nhiều kỹ thuật chiết dựa trên phương pháp này [6], bao gồm:

rắn Phương pháp ngâm: Phương pháp này tương đối đơn giản, được dùng khá phổ

biến, có thể áp dụng chiết xuất ở quy mô lớn Thông thường nguyên liệu được cho

vào bình kín sau đó đổ dung môi để chiết ở nhiệt độ tùy chỉnh, có thể đảo nguyên liệu để tăng hiệu quả chiết Sau thời gian nhất định, kết thúc quá trình chiết và rút dịch chiết, lọc (nếu lẫn nguyên liệu) hay ly tâm (nếu lẫn nguyên liệu quá mịn không lọc được) Sau đó thêm dung môi vào bã để chiết tiếp, cuối cùng gộp các dịch chiết

và cất thu hồi dung môi, ta thu được dịch chiết Ưu điểm của phương pháp này là đơn giản, không đòi hỏi thiết bị phức tạp, áp dụng cho hầu hết các loại nguyên liệu Nhưng nhược điểm là không chiết kiệt được hoạt chất, sử dụng nhiều dung môi (lượng dung môi tối thiểu gấp 8 lần nguyên liệu) [47]

- Phương pháp ngấm kiệt: thực hiện bằng cách cho dung môi chảy chậm và đều

qua khối nguyên liệu đã được phân chia nhỏ trong một dụng cụ có hình dạng và kích thước quy định gọi là bình ngấm kiệt, quá trình chiết này không khuấy trộn như phương pháp trên, quá trình chiết diễn ra liên tục và nguyên liệu được chiết kiệt hơn Tuy nhiên, vì dưới đáy bình có màng lọc dịch nên độ mịn của nguyên liệu ảnh hưởng nhất định tới quá trình chiết, nếu mịn quá có thể bịt lỗ màng lọc Phương pháp này sử dụng nhiều dung môi như phương pháp trên

- Phương pháp chiết bằng dung môi với sự trợ giúp của siêu âm (tần số sóng cao,

20kHz) Phương pháp này dùng năng lượng sóng siêu âm để thực hiện quá trình chiết, tuy nhiên chủ yếu dùng trong nghiên cứu cơ bản, ít được áp dụng khi mở rộng quy mô

- Phương pháp chiết soxhlet: Phương pháp này gia nhiệt dung môi và dùng bình

chiết soxhlet để hồi lưu dung môi Ưu điểm là quá trình chiết liên tục, tốn ít thời gian và dung môi hơn so với ngâm và ngấm kiệt, tuy nhiên do có yếu tố nhiệt nên

có nguy cơ với những chất dễ phân hủy bởi nhiệt và dễ tạo thành chất giả

- Phương pháp chiết hồi lưu: nguyên liệu và dung môi trong bình cầu nối với sinh

hàn Dung môi được đun nóng tới sôi, bay hơi lên gặp sinh hàn và ngưng tụ lại vào bình Phương pháp này dễ làm biến đổi thành phần nguyên liệu ban đầu nên được

sử dụng hạn chế hơn các phương pháp trên

- Phương pháp chưng cất theo hơi nước: thường áp dụng cho cất tinh dầu

Mặc dù có nhiều phương pháp chiết như nêu trên nhưng tùy vào mục đích chiết mà chọn phương pháp phù hợp và tối ưu nhất Với nguyên liệu gừng/riềng, phương pháp chiết ngâm tỏ ra có nhiều ưu điểm hơn cả

Dung môi chiết

Xu hướng hiện nay trong nghiên cứu chiết các hợp chất thiên nhiên là hướng tới chiết xuất “xanh”, trong đó dung môi được chọn sử dụng ưu tiên là nước và các dung môi có nguồn gốc nông nghiệp,ví dụ như cồn etylic ở các nồng độ khác nhau [6] Thực tế nghiên cứu cho thấy, dung môi cồn etylic được sử dụng rất rộng rãi và cho hiệu quả dịch chiết hơn hẳn so với nước [6, 82]

Có hai phương pháp phổ biến sử dụng dịch chiết là dạng nhúng ngập và dạng phun sương Ngoài ra có thể chuyển dịch chiết thành nước đá để bảo quản Dạng nhúng ngập có ưu điểm là toàn bộ bề mặt nguyên liệu được tiếp xúc với dung dịch nên hiệu quả xử lý mẫu cao hơn

1.2 Tổng quan về cá Diêu Hồng

1.2.1 Nguồn gốc và đặc điểm sinh học của cá Diêu Hồng

Cá Diêu Hồng (tên khoa học là Oreochromis spp.) còn có tên gọi khác tùy

vùng miền là cá Điêu Hồng hay cá Rô phi Đỏ (Red Tilapia) đây là một loài cá nước ngọt thuộc bộ cá vược (Perciformes), họ Cá rô phi (Cichlidae) có nguồn gốc hình thành từ lai tạo (thuật ngữ Diêu Hồng hay Điêu Hồng được xuất phát từ việc dịch từ tiếng Trung Quốc) Cá Diêu Hồng có nguồn gốc từ Đài Loan, đây là một dạng đột biến “bạch tạng” không hoàn toàn được phát hiện vào năm 1968 của loài rô phi cỏ, sau đó được lai tạo với cá rô phi vằn tạo ra cá Diêu Hồng Thịt của loài cá này có thành phần dinh dưỡng tương tự cá rô phi nên về bản chất nó là cá rô phi có màu đỏ [35] Cá Diêu Hồng từ Đài Loan đã được du nhập sang nhiều nước trong khu vực Đông Á, Đông Nam Á và cũng được phát triển với các hình thức nuôi thâm canh hoặc quảng canh Hiện nay, cá diêu hồng được phát triển rộng rãi ở các nước khác nhau ở Châu Á với các dòng khác nhau qua lai tạo và cách thức nuôi khác nhau

Năm 1991, Khoa Thủy sản trường ĐH Cần Thơ và Khoa Thủy sản trường

ĐH Nông Lâm thành phố Hồ Chí Minh đã nhập cá rô phi đỏ lần đầu tiên từ Viện Công nghệ châu Á (AIT Thái Lan) để nuôi thử nghiệm, nghiên cứu các đặc tính

thích nghi của loài này nhằm muc đích giới thiệu cho người nuôi Năm 1992, một công ty Đài Loan đã nhập cá để nuôi thử nghiệm tại Bình Dương, sau đó do nhu cầu thị trường tăng lên nên đã thúc đẩy không ngừng việc nuôi cá Diêu Hồng Các năm sau đó có nhiều đơn vị nhận thấy tiềm năng đã chủ động nhập cá giống từ các nước khác như Israel, Malaysia, Philipines, Thái Lan, Cu Ba (trong các năm 1993-1997) Năm 2008, nhà nước đã có chương trình chọn lọc giống cá Diêu Hồng và Viện nghiên cứu nuôi trồng Thủy sản II đang thực hiện chương trình này nhằm nâng cao sức tăng trưởng và tỷ lệ sống của cá nuôi [35]

Cá Diêu Hồng theo như mô tả ở trên rất giống cá rô phi về hình thái nhưng ngoại hình có đặc điểm: vẩy trên thân có màu vàng đậm, hoặc vàng nhạt hoặc màu

đỏ hồng, cũng có thể gặp những cá thể có màu vàng, màu hồng xen lẫn những đám vảy màu đen nhạt [3] Nhiệt độ phát triển thích hợp là 250C, ngưỡng nhiệt phát triển

từ 5-420C Dải pH thích hợp là 6,5-8,5, nhưng cá cũng có thể sống ở nước có pH=4 Mặc dù cá Diêu Hồng sống được cả ở nước mặn (nồng độ muối lên tới 60-70‰), ngọt và lợ nhưng trong môi trường nước mặn thì cá lớn chậm hơn [34]

1.2.2 Thành phần hóa học và giá trị dinh dưỡng của thịt cá Diêu Hồng

Thành phần hóa học chính của cá Diêu Hồng bao gồm: nước, protein, lipit, các vitamin, muối khoáng Các thành phần này có hàm lượng thay đổi phụ thuộc giới tính, điều kiện môi trường sống, thành phần thức ăn, kích cỡ cá,…

Bảng 1.3 Thành phần dinh dưỡng trong 100g cá Diêu Hồng [24]

Cá Diêu Hồng là một loại cá có chất lượng thịt thơm ngon, thịt cá có màu trắng hồng, các thớ thịt được cấu trúc chắc và thịt không quá nhiều xương, có thành phần tương tự thịt cá rô phi Đặc biệt là cá có hàm lượng mỡ cao nên ăn rất béo Cá Diêu Hồng thường được chế biến thành các món ăn ngon và hấp dẫn như: Cá Diêu Hồng hấp tương, Cá Diêu Hồng nấu riêu, Lẩu cá Diêu Hồng, Cá Diêu Hồng nướng

lá sen,… Ngoài ra cá còn được sử dụng để làm các món ăn thông dụng khác như các món luộc, chiên, rán, kho, v.v Cá Diêu Hồng hiện được thị trường rất ưa chuộng, loài cá này được đánh giá là có tiềm năng xuất khẩu rất lớn trong tương lai

1.2.3 Tình hình nuôi trồng, sản lượng và giá trị kinh tế của cá Diêu Hồng

Biểu đồ 1.1 Biểu đồ Sản lượng thủy sản Việt Nam [9]

Theo số liệu của Tổng Cục Thống Kê, năm 2012 giá trị sản xuất thủy sản ở nước ta (theo giá so sánh 2013) đạt hơn 224 nghìn tỷ (so với 2005 tăng 352%) trong

đó giá trị khai thác đánh bắt là hơn 91 nghìn tỷ (chiếm 40,7%) và nuôi trồng là gần

133 nghìn tỷ (chiếm 59,3%) Giá trị sản xuất thủy sản giai đoạn 2005-2012 năm sau cao hơn năm trước và vẫn giữ nguyên xu thế Sản lượng thủy sản hàng năm khai thác và nuôi trồng mỗi năm đều tăng, với số lượng lớn (năm 2012 là 5820,7 tấn, tăng 167,8% so với 2005) [40] Theo thông tin của trung tâm thủy sản, giá trị sản xuất thủy sản năm 2014 tính theo giá so sánh 2010) ước đạt gần 188 nghìn tỷ đồng, tăng 6,5% so với cùng kỳ năm 2013; sản lượng khai thác nuôi trồng thủy sản đạt khoảng 6,3 triệu tấn [42] Sản lượng cá Diêu Hồng thời gian vài năm trở lại đây, mặc dù bị ảnh hưởng bởi giá thức ăn và có thời gian đã giảm sản lượng do vướng tin đồn về chất lượng thịt cá (2012, tin đồn “Cá Diêu Hồng nhiêm chất gây ung

thư”) nhưng hiện đang tăng sản lượng ổn định Có nhiều địa phương hiện đang nuôi loại thủy sản này nhưng với sản lượng và quy mô khác nhau, các số liệu thu thập về sản lượng chủ yếu ở khu vực miền Đông và miền Tây Nam bộ, các tỉnh như: Đồng Tháp, Long An, Tiền Giang, Kiên Giang…vì đây là vùng nuôi trồng tập trung lớn, mặc dù ở các tỉnh phía bắc như: Vĩnh Phúc, Nam Định, Hà Nội, Hưng Yên, vẫn có nhưng với sản lượng nhỏ hơn Cá Diêu Hồng được xếp chung cùng với cá rô phi là ngành hàng xuất khẩu rất tiềm năng của nước ta Sản lượng nhóm cá rô phi năm

2014 vào khoảng 125.000 tấn Xuất khẩu cá rô phi ở Việt Nam sang các thị trường trên thế giới luôn tăng trưởng trong những năm gần đây Năm 2004 xuất khẩu cá rô phi chỉ đạt giá trị 1,946 triệu USD, đến cuối tháng 10/2014, xuất khẩu đạt trên 27 triệu USD, tăng gần 180% so với cả năm 2013 [43]

Cá Diêu Hồng được nuôi ở khắp các tỉnh từ bắc vào nam, cá thích nghi tốt với điều kiện khí hậu nước ta, cá sinh trưởng nhanh và ít bệnh tật Đây là một loại thủy sản đang được thị trường trong nước ưa chuộng, giá trị kinh tế cao hơn gấp đôi

cá rô phi thông thường Mặc dù thói quen của nhân dân ta chủ yếu sử dụng sản phẩm thủy sản tươi sống trong bữa ăn hàng ngày nhưng từ 2001 tới nay, sản phẩm thủy sản qua chế biến tiêu thụ nội địa không ngừng tăng lên, từ 277 ngàn tấn năm

2001 đến 680 ngàn tấn năm 2010, đạt tốc độ tăng trưởng bình quân 10,5%/năm, giá trị tăng 20,1%/năm [9] Điều này là tín hiệu cho thấy tiềm năng với các sản phẩm phile cá sẽ có thị trường tốt trong thời gian sắp tới

1.2.4 Các biến đổi chất lượng của cá trong quá trình bảo quản

1.2.4.1 Các biến đổi chất lượng của cá sau khi chết

Sau khi cá chết, thịt cá sẽ bị biến đổi, chủ yếu do hệ enzym nội tại và hệ vi sinh vật bên ngoài Có nhiều cách để mô tả quá trình này, có thể theo 4 pha (cá tươi

- mất mùi vị đặc trưng, cấu trúc vẫn tốt - Xuất hiện dấu hiện ươn hỏng - thối hỏng) nhưng cơ bản có thể thể hiện theo ba giai đoạn gồm: tê cứng; chín sinh hóa và tự phân hay thối hỏng [20, 37, 38] Như sau:

- Giai đoạn tê cứng

Ngay sau khi chết, cơ thịt cá duỗi hoàn toàn và kết cấu mềm mại, đàn hồi thường chỉ kéo dài trong vài giờ, sau đó cơ sẽ co lại Đây là kết quả của các quá

trình hóa sinh phức tạp chủ yếu do enzym Các biến đổi chính ở giai đoạn này là sự phân giải glycogen theo con đường yếm khí thành axit lactic Điều này làm cho pH

cá giảm thấp Khi kết thúc hiện tượng tê cứng, cơ duỗi ra và trở nên mềm mại nhưng không còn đàn hồi như tình trạng trước khi tê cứng Thời gian của quá trình

tê cứng và quá trình mềm hoá sau tê cứng thường khác nhau tuỳ theo loài cá và chịu ảnh hưởng của các yếu tố như nhiệt độ, phương pháp xử lý cá, kích cỡ và điều kiện vật lý của cá Hiện tượng tê cứng xảy ra ngay lập tức hoặc chỉ sau một thời gian rất ngắn kể từ khi cá chết nếu cá đói và nguồn glycogen dự trữ bị cạn hoặc cá bị sốc (stress) Sau quá trình tê cứng, thịt cá trở nên mềm hóa dưới tác dụng của hệ enzym thủy phân

- Giai đoạn chín sinh hóa

Khi thịt cá mềm trở lại, tạo điều kiện cho các phản ứng sinh hóa phân giải protein bởi hệ enzym proteaza có trong thịt cá tạo ra các sản phẩm như NH3, hệ enzym lipaza phân giải lipit thành axit béo và glyxerol, Giai đoạn này pH cá tăng dần

- Giai đoạn tự phân và thối hỏng

Những biến đổi tự phân giải do hoạt động của enzym góp phần làm giảm chất lượng của cá, cùng với quá trình ươn hỏng do vi sinh vật gây nên

Mặc dù phân chia thành ba giai đoạn nhưng sự biến đổi nói chung là khó phân biệt Về mặt cảm quan, ban đầu thịt cá Diêu Hồng màu trắng hồng, đồng nhất,

có mùi tanh đặc trưng và cấu trúc rắn chắc Càng diễn tiến tới giai đoạn tự phân, màu thịt cá chuyển sang trắng đục, xuất hiện mùi lạ và cấu trúc ngày càng bở bột hơn Mục đích quá trình bảo quản cá dừng lại ở cuối giai đoạn chín sinh hóa

1.2.4.2 Đánh giá các yếu tố gây hư hỏng chất lượng phile cá

- Hệ enzym nội tại

Hệ enzym này có sẵn trong cá, sau khi cá chết vẫn hoạt động và là một trong các nguyên nhân gây các biến đổi hư hỏng nội tại của cá Chúng phân giải các thành phần như protein, lipit, glycogen thành các chất đơn giản hơn, gây nên hiện tượng

ôi dầu, thay đổi pH, xuất hiện mùi lạ, Trong số các enzym ảnh hưởng tới tính chất vật lý của thủy sản, những enzym quan trọng nhất có thể ảnh hưởng tới cấu trúc

của thủy sản thì thường liên quan tới sự trao đổi năng lượng và ngay giai đoạn đầu của quá trình tê cứng, các enzym proteaza nội sinh và ngoại sinh, và transglutaminaza [67]

- Hệ vi sinh vật trên cá

Cá mới bắt lên chỉ có vi sinh vật ở ngoài da, mang, và ruột cá Thịt của cá sống khỏe mạnh hoặc cá vừa đánh bắt thì không có vi khuẩn vì hệ thống miễn dịch của cá ngăn chặn sự phát triển của vi khuẩn trong thịt cá Khi cá chết, hệ thống miễn dịch bị suy yếu và vi khuẩn được tự do sinh sôi phát triển Trên bề mặt da, vi khuẩn phần lớn định cư ở các túi vảy Trong quá trình bảo quản, chúng sẽ xâm nhập vào cơ thịt bằng cách đi qua giữa các sợi cơ Có nhiều loại vi khuẩn có thể nhiễm tạp gây bệnh trên cá, Lê Văn Hoàng (2006) phân theo hai loại là các vi khuẩn khu trú và không khu trú trên cá Các nghiên cứu phân tích chỉ ra chúng thường thuộc

các loài như: Clostridium botulium, Vibrio spp , Aeromonas sp , Plesiomonas sp ,

L monocytogens, Salmonella sp , Shigella, E Coli, S Aureus [20, 72] Trong đó

loài Vibrio sp luôn bắt gặp trên các đối tượng thủy sản [20] Sự tồn tại và phát

triển của vi sinh vật trên phile cá không chỉ làm tăng nguy cơ gây ngộ độc thực phẩm mà còn làm giảm đáng kể chất lượng của phile cá vì chúng tiết enzym gây ôi dầu, phân giải cơ chất từ thịt cá làm xuất hiện mùi lạ,

Để quản lý chất lượng vệ sinh an toàn thực phẩm, Bộ y tế đã có quy định về giới hạn nhiễm vi sinh vật với nguyên liệu thủy sản dạng này như sau

Bảng 1.4 Quy định giới hạn cho phép vi sinh vật trong cá và thuỷ sản tươi [39]

TT SẢN PHẨM LOẠI VI SINH VẬT GIỚI HẠN VI SINH VẬT

V parahaemolyticus 102

(Chú thích: (*) Tính trên 25g hoặc 25ml đối với Salmonella;TSVSVHK: Tổng số vi

sinh vật hiếu khí)

1.2.5 Các phương pháp bảo quản cá Diêu Hồng tươi sống phổ biến hiện nay

Nguyên tắc chung khi bảo quản thủy sản là hạn chế tới mức tối đa các quá trình sinh hóa, vi sinh xảy ra trong sản phẩm; kìm hãm hoặc tiêu diệt các vi sinh vật gây biến đổi hư hỏng nhằm bảo toàn hương vị tự nhiên và phẩm chất của sản phẩm

Có hai phương pháp bảo quản thủy sản tươi sống thông dụng như sau :

1.2.5.1 Bảo quản và vận chuyển cá ở trạng thái tươi sống

Khi tạo điều kiện môi trường thích hợp với cá để chúng vẫn sống khỏe mạnh trong quá trình vận chuyển tới tay người tiêu dùng Phương pháp phổ biến hiện nay với cá Diêu Hồng là bảo quản bằng sục khí kết hợp đá lạnh Vì khi vận chuyển bằng đường bộ, mật độ cá lớn nên cần sục khí để đảm bảo lượng oxi cần thiết, nhiệt độ thấp bằng cách thêm đá không những làm tăng lượng oxi hòa tan mà còn làm giảm hoạt động của cá, điều này giúp bảo toàn chất lượng cá tốt hơn Tuy nhiên phương pháp này chỉ có thể bảo quản thủy sản thời gian ngắn (tối đa vài ngày), tốn kém chi phí vận chuyển và cồng kềnh

1.2.5.2 Bảo quản bằng cách hạn chế hoạt động của enzym và vi sinh vật

Để làm được điều này, chúng ta phải kiểm soát được các yếu tố như nhiệt độ,

độ ẩm, pH,… các yếu tố ảnh hưởng tới hoạt động của enzym nội tại trong cá và của

vi sinh vật Các phương pháp thông dụng là: Bảo quản lạnh (dùng nước đá hoặc không khí khô) hoặc lạnh đông Trong nhóm các phương pháp này, bảo quản lạnh hay lạnh đông thường thấy trong các siêu thị và là phương pháp hộ gia đình có thể thực hiện được, cũng là phương pháp bảo quản cá Diêu Hồng phổ biến thứ hai sau phương pháp bảo quản tươi sống nêu trên Cá thường được bảo quản lạnh nguyên con bằng đá vẩy trong vài giờ tại các siêu thị hoặc được phile và cấp đông, bảo quản lạnh đông trong thời gian dài vài tháng Tuy nhiên, dạng bảo quản cấp đông này vẫn chưa được người tiêu dùng ưa chuộng Với mong muốn kéo dài thời gian bảo quản lạnh cá ở dạng phile phù hợp với việc tiêu thụ của các nhà hàng, siêu thị và thị hiếu người tiêu dùng, nghiên cứu này sẽ tìm các thành phần có bản chất tự nhiên an toàn

để kéo dài thời gian bảo quản phile cá ở điều kiện lạnh 0÷40

C

1.3 Nisin và các ứng dụng trong bảo quản thực phẩm

Xu hướng hiện nay trong bảo quản thực phẩm là tìm kiếm các chất bảo quản

có nguồn gốc tự nhiên an toàn nhằm hạn chế những nhược điểm của phương pháp bảo quản bằng các hóa chất bảo quản công nghiệp, có khả năng tồn dư gây ảnh hưởng tới sức khỏe người tiêu dùng Có nhiều phụ gia an toàn được nghiên cứu và ứng dụng hiện nay như: Nisin, chitosan, Trong đó Nisin (khi so sánh với các chất bảo quản tổng hợp hóa học truyền thống thì nó là một chất bảo quản mới) đã được nghiên cứu từ lâu, đang được sử dụng ngày càng phổ biến ở nước ta do nhu cầu ngày càng tăng, đặc biệt với các nguyên liệu giàu protein như thịt, cá, sữa vì xu hướng sử dụng thực phẩm gần với thiên nhiên Tuy nhiên, các nghiên cứu về ứng dụng Nisin trong bảo quản nghiên liệu thủy sản tươi còn chưa phổ biến ở nước ta, vì vậy đề tài chọn sử dụng Nisin nhằm nghiên cứu ứng dụng của phụ gia an toàn này trong lĩnh vực còn mới mẻ ở Việt Nam

1.3.1 Nguồn gốc của Nisin

Năm 1928, Rogers và cộng sự đã lần đầu tiên phát hiện ra Nisin khi xem xét những bất thường xảy ra trong quá trình sản xuất phomat Tên “Nisin” được đặt bởi Mattick và Hirsch năm 1947, xuất phát từ cụm từ “chất ức chế N” (N Inhibitory Substance) Nisin là một peptit kháng khuẩn đa vòng, được cấu tạo từ 34 gốc axit amin do các chủng vi khuẩn lactic trong quá trình lên men lactic sinh ra

(Lactococcus lactic, Streptococcus)

Hình 1.3 Cấu trúc của Nisin

Đã phát hiện ít nhất 6 loại nisin và chúng đã được xác định tính chất (chúng

có ký hiệu là A, B, C, D, E và Z) trong đó dạng A là dạng hoạt động nhất Nisin A khác với nisin Z ở vị trí axit amin 27, ở nisin A là histidine, ở nisin Z là asparagine

Nisin nằm trong danh mục các phụ gia được phép sử dụng, ký hiệu quốc tế là E234 Công thức hóa học của nisin là C143H230N42O37S7 [25] Hiện nay nó được thương mại hóa và sử dụng ở trên 40 nước

Nisin (tên tiếng anh: Nisin) là một bacteriocin được sinh tổng hợp từ

Lactococcus lactic subsp lactic, có khả năng kháng với các vi khuẩn gram dương

trong điều kiện thông thường, trong đó có các vi khuẩn gây bệnh và gây hư hỏng

thực phẩm như vi khuẩn lactic, S.aureus, L monocytogenes, Staphylococcus,

Mycobacterium, tế bào sinh dưỡng Bacillus spp , Clostridium spp , ngăn chặn sự

nảy mầm của bào tử Bacillus và Clostridium [37] Nisin không có khả năng tác

động với các vi khuẩn gram âm, nấm men và nấm mốc [18, 25] Khả năng tác động của nisin phụ thuộc nồng độ của nisin, mật độ tế bào vi khuẩn, hình thái vi khuẩn nhạy cảm và một số yếu tố khác

Chế phẩm nisin ở dạng bột màu trắng Bền ở nhiệt độ thường và trong điều kiện pH thấp ở nhiệt độ cao (chịu được 30 phút ở pH=2, nhiệt độ 1210C) Độ hòa tan của nisin ở pH = 2 là 57mg/ml; 3mg/ml ở pH=5; độ hòa tan giảm khi pH tăng Dung dịch HCl 0,02N có thể hòa tan nisin tốt nhất và đã có chứng minh khi hòa tan trong dung dịch HCl, nisin có hoạt tính cao hơn khi hòa tan trong nước Nisin kém bền vững và dễ mất hoạt tính ở pH cao dù cơ chế của hiện tượng này vẫn chưa sáng

tỏ Nisin là một bacteriocin bền nhiệt, hoạt tính không thay đổi ở nhiệt độ 4-100C, ở nhiệt độ 30-600C sau 30 phút vẫn giữ được 80-90% hoạt tính ban đầu Độ bền nhiệt của nó phụ thuộc pH, pH càng thấp thì độ bền nhiệt càng cao Hoạt tính của nisin bền vững nhất ở pH =3

Giá trị LD50 với vật thí nghiệm của nisin là 7g/1kg trọng lượng cơ thể Tổ chức FAO/WHO khuyến cáo mức sử dụng nisin tối đa hàng ngày với người nặng

70kg là 60mg nisin tinh khiết Tuy nhiên quy định cụ thể của các nước với vấn đề này là khác nhau

Cơ chế tác động của nisin có nhiều cách giải thích, tuy nhiên một trong số những cơ chế giải thích tác động với tế bào nhạy cảm là do sự tạo thành các lỗ, các kênh trên màng sinh chất làm thất thoát phân tử, các ion có kích thước nhỏ trong nội bào, làm giảm lực vận chuyển proton, ảnh hưởng tới quá trình tổng hợp ATP, dẫn tới sự chết tế bào

1.3.3 Các ứng dụng Nisin trong bảo quản thực phẩm

Nisin thương phẩm nổi tiếng nhất được sử dụng để bảo quản thực phẩm có tên Nasaplin, trong đó chứa 2,5% nisin A Hiện nay ứng dụng nisin vào bảo quản thực phẩm ngày càng phổ biến, với 3 hướng tiếp cận chính là: bổ sung các chủng vi khuẩn sinh nisin, bổ sung nisin dạng tinh khiết hoặc bán tinh khiết vào thực phẩm hay sử dụng một sản phẩm đã được lên men bởi vi khuẩn sinh nisin với vai trò là một thành phần trong chế biến thực phẩm Các ứng dụng cụ thể của nisin tập trung chủ yếu vào bảo quản thịt và các sản phẩm thịt, bảo quản các sản phẩm sữa, các loại

đồ hộp và các sản phẩm đồ uống lên men

Ví dụ, Nisin với nồng độ 400 hoặc 800IU/g và kết hợp với 2% NaCl có thể

ức chế được L monocytogenes trong thịt trâu nguyên liệu cắt mỏng [18] Sử dụng

Nisin để bảo quản xúc xích cá, kéo dài 20÷22 ngày ở nhiệt độ phòng (28±20C) so với mẫu đối chứng chỉ được 2 ngày, ở điều kiện lạnh (6±20C) thời gian bảo quản thay đổi từ 30 ngày với mẫu đối chứng lên 150 ngày với mẫu xử lý Nisin [53]

CHƯƠNG 2 VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

2.1 Vật liệu nghiên cứu

2.1.1 Nguyên liệu

2.1.1.1 Cá Diêu Hồng

Cá Diêu Hồng được mua ở khu vực chợ Bách Khoa, thuộc quận Hai Bà Trưng, Hà Nội vào buổi sáng sớm trước 8h sáng Cá đảm bảo tươi sống, khỏe mạnh, không có dị tật hay biểu hiện bệnh

Hình 2.3 Nguyên liệu gừng Gié (Kỳ Sơn – Nghệ An)

2.1.1.3 Riềng

Nguyên liệu riềng được thu mua chủ yếu ở khu vực Việt Đoàn - Tiên Du- Bắc Ninh Riềng trồng được khoảng 10-12 tháng, dạng bánh tẻ, được rửa sạch đất, loại bỏ phần rễ và thối hỏng sau đó để ráo phục vụ cho nghiên cứu

Hình 2.4 Nguyên liệu Riềng

2.1.1.4 Các chủng vi sinh vật chỉ thị gây bệnh

Đề tài sử dụng các chủng vi sinh vật chuẩn gây bệnh chỉ thị sau:

E.coli ATCC 25922

Staphylococcus aureus subsp aureus ATCC 25923

Salmonella enterica subsp enterica serovar Typhimurium ATCC 14028 Vibrio parahaemotylis ATCC 17802

2.1.2 Hóa chất và môi trường nuôi vi sinh vật

2.1.2.1 Hóa chất

Cao thịt (Pháp), Cao nấm men (Trung Quốc), Pepton (Trung Quốc), glucoza (Trung Quốc), agar-agar (Việt Nam), NaCl (Trung Quốc), muối mật (Đức), Đỏ trung tính và tím tinh thể (Trung Quốc), gelatin (Trung Quốc), lactose, D-manitol,

K2HPO4, NaOH (Trung Quốc), H2SO4 (Đức Giang), ete petro (Trung Quốc), nước cất

2.1.2.2 Môi trường nuôi cấy vi sinh vật

c, Môi trường VRBGA [73]

-Thành phần: Pepton 7g; Cao nấm men 3g; NaCl 5g; Muối mật 1,5g; Glucoza 10g;

Đỏ trung tính 0,03g; Tím tinh thể 0,002g; agar 12g; nước cất 1000ml, pH 7,4±0,2 ở

250C

- Cách chuẩn bị: Thêm các thành phần với nước cất và định mức lên 1lit Hòa tan hoàn toàn Nâng nhiệt từ từ tới sôi Không đun sôi môi trường quá 2 phút Không hấp khử trùng Sau đó đổ vào các hộp petri đã vô trùng

d, Môi trường Staphylococcus Medium No 110 [73]

- Thành phần cho 1 lit môi trường: Pepton 10g; Cao nấm men 2,5g; Gelatin 30g; Latoza 2g; Mannitol 10g; NaCl 75g; K2HPO4 5g; agar 15g; nước cất 1000ml, pH 7,1±0,2 ở 250C

- Cách chuẩn bị: Thêm các thành phần với nước cất và định mức lên 1l Hòa tan hoàn toàn Nâng nhiệt từ từ tới sôi, sau đó hấp khử trùng ở 1210C trong 15 phút Hấp xong trộn đều và đổ vào các hộp petri vô trùng

2.1.3 Dụng cụ và thiết bị nghiên cứu

Đề tài thực hiện tại phòng thí nghiệm bộ môn Công nghệ thực phẩm, 111,112 và 204 thuộc Viện Công nghệ sinh học và Công nghệ thực phẩm, Trường

C4-ĐH Bách Khoa Hà Nội

2.1.3.1 Dụng cụ

Bình tam giác thủy tinh 100ml, 250ml, 500ml; Cốc có mỏ 80ml, 250ml; Ống đong 100ml; Bình định mức 250ml; pipet 10ml, đĩa giấy kháng sinh ø6mm cty Nam Khoa

2.1.3.2 Thiết bị

Đề tài sử dụng một số thiết bị phục vụ thí nghiệm chính sau:

- Máy đo pH để bàn – pH Meter PB 11-Sartorius – Đức

- Tủ sấy Contherm – Đức sản xuất năm 2003

- Tủ cấy vi sinh vật– Việt Nam – sản xuất năm 2005

- Tủ nuôi vi sinh vật 30 – 37oC – Việt Nam

- Bình hút ẩm – Việt Nam

- Cân điện tử 4 số Sartorius – Nhật – sản xuất 2003; độ chính xác 0,0001g

- Nồi hấp khử trùng thủ công – Nga – sản xuất năm 1990

- Máy cất đạm tự động Gerhard – Đức – sản xuất năm 2000

- Các thiết bị khác: tủ lạnh gia đình Toshiba 2 ngăn – sản xuất năm 2005

- Máy đo màu – Colorlite Sph860

- Máy so màu OD Novaspec III

- Máy cô quay chân không

- Máy ly tâm UNIVERSAL 320