Ứng dụng các kỹ thuật lên men, xử lý nhiệt và nano trong chế biến và nâng cao giá trị các chất có hoạt tính sinh học trong tỏi

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC CẦN THƠNGUYỄN ÁI THẠCH ỨNG DỤNG CÁC KỸ THUẬT LÊN MEN, XỬ LÝ NHIỆT VÀ NANO TRONG CHẾ BIẾN VÀ NÂNG CAO GIÁ TRỊ CÁC CHẤT CÓ HOẠT TÍNH SINH HỌC TRONG TỎ

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC CẦN THƠ

NGUYỄN ÁI THẠCH

ỨNG DỤNG CÁC KỸ THUẬT LÊN MEN,

XỬ LÝ NHIỆT VÀ NANO TRONG CHẾ BIẾN

VÀ NÂNG CAO GIÁ TRỊ CÁC CHẤT CÓ HOẠT TÍNH SINH HỌC TRONG TỎI

LUẬN ÁN TIẾN SĨ NGÀNH CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM

MÃ NGÀNH 62540101

2020

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC CẦN THƠ

NGUYỄN ÁI THẠCH

ỨNG DỤNG CÁC KỸ THUẬT LÊN MEN,

XỬ LÝ NHIỆT VÀ NANO TRONG CHẾ BIẾN

VÀ NÂNG CAO GIÁ TRỊ CÁC CHẤT CÓ HOẠT TÍNH SINH HỌC TRONG TỎI

LUẬN ÁN TIẾN SĨ NGÀNH CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM

MÃ NGÀNH 62540101

NGƯỜI HƯỚNG DẪN PGs Ts NGUYỄN MINH THỦY

Ts HÀ PHƯƠNG THƯ

2020

LỜI CẢM TẠ

Tôi xin chân thành cảm ơn PGs Ts Nguyễn Minh Thủy và Ts HàPhương Thư đã hướng dẫn tận tình; truyền đạt những kiến thức, kinh nghiệmquý báu; động viên và giúp đỡ tôi rất nhiều để tôi hoàn thành luận án tiến sĩ.Tôi xin thể hiện lòng biết ơn đến:

Quý Thầy, Cô và các anh, chị, em nghiên cứu viên trong Bộ môn Côngnghệ Thực phẩm, Khoa Nông nghiệp, Trường Đại học Cần Thơ đã truyền đạtkiến thức và quan tâm, giúp đỡ tôi trong quá trình học tập, nghiên cứu

Tập thể cán bộ Phòng Vật liệu Nano Y sinh, Viện Khoa học Vật liệu;Phòng Hóa sinh Ứng dụng, Phòng Hoạt chất Sinh học, Phòng Nghiên cứu cáchợp chất thiên nhiên, Viện Hóa học; Phòng Công nghệ sinh học Enzyme, ViệnCông nghệ Sinh học; Phòng Thiết bị dùng chung, Viện Kỹ thuật Nhiệt đới; ViệnHóa học các hợp chất thiên nhiên – Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ ViệtNam đã tạo điều kiện nghiên cứu, giúp đỡ và truyền đạt kiến thức cho tôi

Tập thể cán bộ Phòng nghiên cứu chuyên sâu, Trường Đại học Cần Thơ đãgiúp đỡ tôi trong quá trình nghiên cứu

Các anh, chị, em và tập thể lớp Cao học Công nghệ sau thu hoạch K21 đã

hỗ trợ tôi trong quá trình nghiên cứu

Tôi xin gửi lời cảm ơn đến:

Ban giám hiệu Trường Đại học Cần Thơ;

Ban giám hiệu Trường Đại học Tiền Giang;

Lãnh đạo Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam;

Ban chủ nhiệm Khoa Nông nghiệp;

Lãnh đạo Viện Nghiên cứu và Phát triển Công nghệ Sinh học;

Ban chủ nhiệm Khoa Sau đại học;

Đã tạo điều kiện, giúp đỡ tôi trong suốt thời gian học tập và làm luận án.Ngoài ra, tôi xin gửi lời cảm ơn sâu sắc đến Ba Mẹ và người thân đã nuôidạy và giúp đỡ, động viên tôi rất nhiều trong suốt quá trình học tập, nghiên cứulàm luận án

Trân trọng,

Nguyễn Ái Thạch

TÓM TẮT

Các sản phẩm chế biến từ tỏi (Allium sativum L.) có thể mở ra hướng sử

dụng tỏi nhiều hơn để đáp ứng nhu cầu sức khỏe và phòng chống bệnh tật chongười sử dụng Tỏi đen hoặc tỏi lên men thể hiện tác dụng chống oxy hóa mạnh

mẽ và hương vị dịu hơn so với tỏi tươi Bên cạnh đó, hội tụ của công nghệ nanovới các công nghệ khác cũng sẽ tác động lớn đến sản xuất, chế biến và bảo quảntỏi Vì vậy, nghiên cứu tác động của kỹ thuật chế biến, bảo quản, xây dựng các

mô hình động học biến đổi các hoạt chất quan trọng trong các sản phẩm từ tỏivới công nghệ nano được ứng dụng nhằm duy trì và nâng cao chất lượng sảnphẩm cho quá trình sử dụng ở mức độ cao và hiệu quả hơn

Củ tỏi được thu hoạch ở độ tuổi 130-135 ngày sau khi gieo có chất lượngcao nhất và cường độ hô hấp thấp Nhiệt độ 0oC cung cấp điều kiện tồn trữ tốtnhất đảm bảo chất lượng của củ tỏi đến 180 ngày tồn trữ trong bao bì vải lưới.Trong chế biến tỏi đen, cả hai biện pháp chần và lạnh đông tỏi nguyên củđều cho hàm lượng các hợp chất sinh học cao hơn so với tỏi tươi Thực hiện quátrình đông lạnh tỏi trong thời gian 36 giờ ở nhiệt độ -18oC là biện pháp tiền xử

lý hiệu quả cho hàm lượng các hợp chất sinh học và khả năng chống oxy hóacao Nhiệt độ 70oC tạo điều kiện thuận lợi cho quá trình chế biến tỏi đen, cụ thểhàm lượng polyphenol tăng 6,5 lần so với tỏi tươi Các thông số tối ưu đạt đượckhi sấy tỏi đen ở nhiệt độ 58,78oC với thời gian 12,25 giờ Ngoài ra, sản phẩmtỏi đen có khả năng tồn trữ tốt ở nhiệt độ mát (5oC) trong bao bì nhôm Trongđiều kiện này, hàm lượng các hợp chất sinh học trong sản phẩm được duy trì ởmức độ cao nhất

Trong chế biến tỏi lên men lactic, các tép tỏi được chần ở nhiệt độ 80oCtrong 90 giây thể hiện sự tổn thất thấp nhất các hợp chất trên Trong quá trìnhlên men acid lactic, hàm lượng polyphenol và flavonoid tổng số, hoạt tínhchống oxy hóa của tỏi tăng lên đáng kể Trong khi đó, hàm lượng thiosulfinategiảm dần sau 6 ngày lên men trong dung dịch có nồng độ muối NaCl 1% và mật

độ vi khuẩn Lactobacillus plantarum 106 CFU/mL Bên cạnh đó, sản phẩm tỏilên men lactic vẫn duy trì được các hợp chất sinh học (polyphenol, flavonoid vàthiosulfinate) và khả năng chống oxy hóa khi được bảo quản ở điều kiện nhệt độ4-6oC trong dung dịch lên men thanh trùng trong thời gian 2 tháng

Từ các kết quả đạt được (được đề cập phần trên) cho thấy tỏi đen là sảnphẩm chứa nhiều hợp chất có hoạt tính sinh học hơn tỏi lên men lactic Hệ nanotỏi đen được chế tạo bởi alginate có kích cỡ hạt trong khoảng 60-80 nm đo bằngkính hiển vi điện tử quét và phân bố trong nước với kích thước 109-178 nm.Các hạt nano tỏi đen phân tán khá ổn định với điện thế zeta -11 -22,5 mV vàkhông có sự hình thành các hợp chất mới trong quá trình chế tạo hạt nano thôngqua phổ chuyển đổi hồng ngoại Fourier.

Hệ nano tỏi đen đều dương tính và có hoạt tính vượt trội so với tỏi đentrên tế bào ung thư biểu mô biểu bì miệng, tế bào ung thư gan, tế bào ung thưphổi, tế bào ung thư biểu mô thận khỉ, tế bào ung thư da và âm tính với tế bàoung thư vú Trong khi đó, hệ nano tỏi đen đều thể hiện hoạt tính trên tất cả bảydòng vi sinh vật thử nghiệm Hệ nano tỏi đen có thể ức chế enzyme -glucosidase gây bệnh tiểu đường nhưng không có tác dụng đối với AChE gâybệnh Alzheimer Ngoài ra, hạt nano tỏi đen sử dụng an toàn cho chuột ở liều sửdụng 250 mg/kg trọng lượng cơ thể và có khả năng hạ đường huyết ở chuộtbệnh tiểu đường từ 421 xuống còn 195 mg/dL sau 21 ngày điều trị

Từ khóa: Chống oxy hóa, lão hóa, lên men, nano hóa, tỏi, tồn trữ.

The products made from garlic (Allium sativum L.) which might help to

use more garlic for health promotion and disease prevention Black garlic orlacto-fermented garlic has strong antioxidant and milder flavor than fresh garlic.Besides that, convergence of nanotechnology with other technologies also has amajor impact on production, processing and preservation of garlic Therefore,study the effect of processing techniques, preservation and construction ofkinetic model to describe the bioactive compounds changes in garlic productswith nanotechnology applications will be helpful to maintain and enhancequality products in order to use them efficiently

Raw garlic bulbs were harvested at 130-135 days after planting which hadthe highest quality and low respiration rate The temperature at 0°C provides thebest storage conditions for garlic quality up to 180 days during storage in meshbag

For black garlic processing, both blanching and freezing treatments help toimprove bioactive compounds than fresh garlic Among the pretreatmentconditions, frozen garlic at -18oC for 36 hours had the greatest impact on thetotal phenolic content, flavonoid and antioxidant activities of garlic Theseresults indicated that freezing can promote the generation of functionalmaterials At 70oC, the total polyphenol content increased by about 6.5 times inblack garlic than that in fresh garlic The optimal drying was found at 58.78°Cfor 12.25 hours by means of response surface methodology Moreover, blackgarlic has good storage capacity at low temperature (about 5oC) in aluminumpackaging In this condition, the content of bioactive compounds in which ismaintained to the highest level

For lacto-fermented garlic processing, the obtained results showed that theminor losses in bioactive compounds were observed after blanching operation at

80oC for 90 seconds Pickled garlic processing with bacteria density of 106CFU/mL after 6 days showed the highest polyphenol content than that with 105and 107 CFU/mL Besides, additional salt concentration also affects thepolyphenol content Pickled garlic in salt concentration solution of NaCl 1%

and Lactobacillus plantarum density about 106 CFU/mL after 6 days offermentation showed that phenolic and flavonoid contents and radicalscavenging activity using DPPH method of garlic increased significantly whiledecreasing thiosulfinate content In addition, lacto-fermented garlic stillmaintains bioactive compounds such as polyphenols, flavonoids and

thiosulfinates and antioxidant capacity when that was stored at 4-6°C inpasteurized fermentation solution for two months.

The above results showed that black garlic is a product containing morebioactive compounds than pickled garlic The black garlic nanoparticlesproduced by alginate polymer had a particle size of 60-80 nm using SEM andwere distributed in water with particle size about 109-178 nm Black garlicnanoparticles well dispersed stability with zeta potential about -11.0 -22.5 mV.There were not new substances were formed during nanoparticles creating byusing FT-IR

Black garlic nanoparticles system are positive for human oral cancer cells,liver cancer cells, lung cancer cells, monkey kidney cancer cells, skin cancercells and negative for breast cancer cells They showed inhibited activity onseven microorganism lines in this study Black garlic nanoparticles may inhibit -glucosidase enzyme which is involved diabetic but not AChE that is involvedAlzheimer's Nanosize of black garlic systems were safety at doses of 250mg/kg body weight and were hypoglycemic in the diabetic rats from 421 to 195mg/dL after 21 days of treatment

Từ khóa: Aged, antioxidant, fermentation, garlic, nanoization, storage.

CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

Độc lập – Tự do – Hạnh phúc

-LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan luận án này được thực hiện và hoàn thành dựa trên các kếtquả nghiên cứu của tôi và những kết quả này chưa được sử dụng cho bất kỳ luận

án cùng cấp nào

Cần Thơ, ngày……tháng……năm 2020

Cán bộ hướng dẫn phụ

(ký, ghi rõ họ tên)

Hà Phương Thư

MỤC LỤC

TÓM TẮT i

SUMMARY iii

DANH SÁCH BẢNG ix

DANH SÁCH HÌNH xi

DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT xvi

Chương 1: GIỚI THIỆU 1

1.1 Đặt vấn đề 1

1.2 Mục tiêu nghiên cứu 2

1.2.1 Mục tiêu chung 2

1.2.2 Mục tiêu cụ thể 3

1.3 Nội dung nghiên cứu 3

1.3.1 Nội dung 1: Khảo sát sự thay đổi đặc tính lý học và hợp chất có hoạt tính sinh học của củ tỏi (Allium sativum L.) trong quá trình thuần thục và tồn trữ 3

1.3.2 Nội dung 2: Nâng cao các chất có hoạt tính sinh học trong củ tỏi thông qua quy trình chế biến sản phẩm tỏi đen và tỏi lên men lactic 3

1.3.3 Nội dung 3: Ứng dụng công nghệ nano nhằm cải thiện sinh khả dụng của các hợp chất sinh học từ sản phẩm tỏi đen 3

1.4 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu 4

1.5 Ý nghĩa của luận án 4

1.5.1 Ý nghĩa khoa học 4

1.5.2 Ý nghĩa thực tế 4

1.6 Những điểm mới của luận án 5

Chương 2: TỔNG QUAN TÀI LIỆU 6

2.1 Giới thiệu tổng quan 6

2.1.1 Tổng quát về tỏi 6

2.1.2 Áp dụng các biện pháp xử lý nhiệt trong chế biến tỏi đen 10

2.1.3 Chế biến theo phương pháp lên men lactic 12

2.1.4 Một số sản phẩm tỏi khác 14

2.1.5 Kỹ thuật nano trong công nghệ thực phẩm 15

2.2 Tình hình nghiên cứu trong và ngoài nước 21

2.2.1 Các nghiên cứu liên quan đến điều kiện thu hoạch và tồn trữ củ tỏi sau thu hoạch 21

2.2.2 Các nghiên cứu nâng cao hoạt chất sinh học trong tỏi liên quan đến chế biến tỏi đen 23

2.2.3 Các nghiên cứu nâng cao hoạt chất sinh học trong tỏi liên quan đến chế

biến tỏi lên men acid lactic 27

2.2.4 Các nghiên cứu tạo hạt nano mang chất có hoạt tính sinh học từ tỏi hoặc sản phẩm tỏi và thử nghiệm hoạt tính có liên quan 28

Chương 3: PHƯƠNG TIỆN VÀ PHƯƠNG PHÁP 31

3.1 Phương tiện nghiên cứu 31

3.1.1 Địa điểm và thời gian nghiên cứu 31

3.1.2 Thiết bị, dụng cụ và hóa chất 31

3.1.3 Nguyên liệu 33

3.2 Nội dung và phương pháp nghiên cứu 33

3.2.1 Nội dung 1: Khảo sát sự thay đổi đặc tính lý học và hợp chất có hoạt tính sinh học của củ tỏi (Allium sativum L.) trong quá trình thuần thục và tồn trữ 33

3.2.2 Nội dung 2: Nâng cao các chất có hoạt tính sinh học trong củ tỏi thông qua quy trình chế biến sản phẩm tỏi đen và tỏi lên men lactic 35

3.2.3 Nội dung 3: Ứng dụng công nghệ nano nhằm cải thiện sinh khả dụng của các hợp chất sinh học từ sản phẩm tỏi chế biến 40

3.3 Phân tích dữ liệu 46

3.3.1 Xây dựng các mô hình động học 47

3.3.2 Xây dựng các mô hình bằng phương pháp bề mặt đáp ứng (Response Surface Methodology) 47

Chương 4: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 48

4.1 Sự thay đổi đặc tính lý học và hợp chất có hoạt tính sinh học của củ tỏi (Allium sativum L.) trong quá trình thuần thục và tồn trữ 48

4.1.1 Chất lượng củ tỏi ở các độ tuổi thu hoạch 48

4.1.2 Ảnh hưởng của nhiệt độ tồn trữ đến sự thay đổi thành phần hóa lý của củ tỏi 52

4.1.3 Ảnh hưởng của loại bao bì đến sự hao hụt khối lượng của củ tỏi trong quá trình tồn trữ 56

4.2 Nâng cao các chất có hoạt tính sinh học trong củ tỏi thông qua quy trình chế biến sản phẩm tỏi đen và tỏi lên men lactic 57

4.2.1 Nâng cao các chất có hoạt tính sinh học trong củ tỏi thông qua quy trình chế biến sản phẩm tỏi đen 57

4.2.2 Nâng cao các chất có hoạt tính sinh học trong tỏi thông qua quy trình chế biến sản phẩm tỏi lên men lactic 83

4.3 Ứng dụng công nghệ nano nhằm cải thiện sinh khả dụng của các hợp chất sinh học từ các sản phẩm tỏi chế biến 116

4.3.1 Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình trích ly các chất có hoạt tính sinh học trong tỏi đen 116

4.3.2 Đặc trưng và tính chất của hệ nano tỏi đen 122

4.4 Hoạt tính trong thử nghiệm in-vitro và in-vivo về khả năng hấp thu và tác dụng của các hoạt chất sinh học của hệ nano tỏi đen 130

4.4.1 Thử nghiệm in-vitro 130

4.4.2 Thử nghiệm in-vivo 133

Chương 5: KẾT LUẬN VÀ ĐỀ NGHỊ 136

5.1 Kết luận 136

5.2 Đề nghị 137

TÀI LIỆU THAM KHẢO 138

PHỤ LỤC xix

DANH SÁCH BẢNG

Bảng 4.1 Thành phần hóa học và đặc tính chống oxy hóa của củ tỏi ở các thời

điểm thu hoạch 51

Bảng 4.2 Độ cứng chủ quan của củ tỏi ở các nhiệt độ khác nhau theo thời gian tồn trữ 53

Bảng 4.3 Sự thay đổi hàm lượng SAC (mg/kg d.w) của tỏi trong suốt quá trình lão hóa ở các mức nhiệt độ khác nhau 65

Bảng 4.4 Mô hình sự thoái hóa thiosulfinate ở các nhiệt độ khác nhau 70

Bảng 4.5 Bảng phân tích độ sai lệch 73

Bảng 4.6 Giá trị tối ưu của các hợp chất có hoạt tính sinh học 76

Bảng 4.7 Giá trị tối ưu nhiệt độ, thời gian sấy, hàm lượng polyphenol, flavonoid và khả năng loại bỏ gốc tự do DPPH của tỏi đen 78

Bảng 4.8 Bảng phân tích độ sai lệch 79

Bảng 4.9 Bảng kiểm định sự tương thích (Likelihood) 80

Bảng 4.10 Ảnh hưởng của thời gian và nhiệt độ chần đến hàm lượng polyphenol tổng số (mg GAE/g d.w) trong tỏi 84

Bảng 4.11 Ảnh hưởng của thời gian và nhiệt độ chần đến hàm lượng thiosulfinate (µmol/g d.w) của tỏi 87

Bảng 4.12 Dự đoán các thông số động học, hệ số xác định (R2) cho sự tổn thất hàm lượng polyphenol, flavonoid tổng số trong tỏi ở các điều kiện chần khác nhau 89

Bảng 4.13 Dự đoán thông số động học, hệ số xác định (R2) cho sự phân hủy của thiosulfinate trong tỏi ở các điều kiện chần khác nhau 91

Bảng 4.14 Ảnh hưởng của nhiệt độ chần đến màu sắc của tỏi 93

Bảng 4.15 Ảnh hưởng thời gian chần đến giá trị L, a, b của tỏi 94

Bảng 4.16 Hàm lượng polyphenol, flavonoid, thiosulfinate và khả năng trung hòa gốc tự do DPPH của tỏi sau chần 80oC thời gian 90 giây. 95

Bảng 4.17 Tương tác giữa mật số vi khuẩn, nồng độ muối và thời gian lên men đến giá trị pH của tỏi lên men 96

Bảng 4.18 Sự thay đổi pH của tỏi lên men theo thời gian, mật số vi khuẩn và nồng độ muối 97

Bảng 4.19 Tương tác giữa mật số vi khuẩn, nồng độ muối và thời gian lên men

đến hàm lượng polyphenol trong tỏi 99Bảng 4.20 Tương tác giữa mật số vi khuẩn, nồng độ muối và thời gian lên men

đến hàm lượng flavonoid trong tỏi 101Bảng 4.21 Tương tác giữa mật số vi khuẩn, nồng độ muối và thời gian lên men

đến hàm lượng thiosulfinate trong tỏi 102Bảng 4.22 Tương tác giữa mật số vi khuẩn, nồng độ muối và thời gian lên men

đến khả năng chống oxy hóa của tỏi 105Bảng 4.23 Kết quả đánh giá cảm quan sản phẩm tỏi lên men lactic 106Bảng 4.24 Ảnh hưởng của tỷ lệ nguyên liệu phụ đến hàm lượng polyphenol

(mg GAE/g d.w) trong tỏi lên men 109Bảng 4.25 Ảnh hưởng của tỷ lệ nguyên liệu phụ đến hàm lượng flavonoid (mg

QE/g d.w) trong tỏi lên men 110Bảng 4.26 Ảnh hưởng của tỷ lệ nguyên liệu phụ đến hàm lượng thiosulfinate

(μmol/g d.w) trong tỏi lên menmol/g d.w) trong tỏi lên men 112Bảng 4.27 Ảnh hưởng của tỷ lệ nguyên liệu phụ đến khả năng trung hòa gốc

tự do DPPH (%) của tỏi lên men 113Bảng 4.28 Hàm lượng polyphenol (mg GAE/g d.w), flavonoid (mg QE/g d.w),

thiosulfinate (μmol/g d.w) trong tỏi lên menmol/g d.w) và khả năng trung hòa gốc tự do DPPH (%) của tỏi

lên men theo thời gian bảo quản 114Bảng 4.29 Sự phân bố cỡ hạt và điện thế zeta của hệ nano tỏi đen được chế tạo

ở tỷ lệ dịch trích/dung dịch alginate khác nhau 123Bảng 4.30 Hiệu suất bọc thuốc của hệ nano tỏi đen ở tỷ lệ dịch trích/dung dịch

alginate khác nhau 130Bảng 4.31 Hoạt tính trên các dòng tế bào ung thư của các tác nhân thử 131Bảng 4.32 Hoạt tính kháng khuẩn và nấm của hệ nano tỏi đen và tỏi đen 131Bảng 4.33 Hoạt tính ức chế enzyme -glucosidase của hệ nano tỏi đen và tỏi

đen 132Bảng 4.34 Hoạt tính ức chế AChE của chất thử hệ nano tỏi đen và tỏi đen 133Bảng 4.35 Đường huyết (mg/dL) của chuột khi sử dụng tác nhân điều trị để

thử độ an toàn trong 7 ngày. 133Bảng 4.36 Đường huyết (mg/dL) của các nhóm chuột thử nghiệm trước và sau

khi tiêm alloxan monohydrate 135 mg/kg trọng lượng chuột 134

DANH SÁCH HÌNH

Hình 2.1 Cấu tạo trong của củ tỏi cổ mềm và tỏi cổ cứng 7

Hình 2.2 Một số giống tỏi phổ biến tại Việt Nam 8

Hình 2.3 Sự chuyển hóa GSAC thành SAC trong tép tỏi đen 11

Hình 2.4 Các hợp chất khác nhau được tạo ra khi tép tỏi bị tổn thương 12

Hình 2.5 Một số sản phẩm tỏi trên thị trường 15

Hình 2.6 Chuột nhắt trắng sử dụng trong thử nghiệm hoạt tính 46

Hình 4.1 Cường độ hô hấp của củ tỏi ở các giai đoạn thuần thục 48

Hình 4.2 Củ tỏi ở các độ tuổi thu hoạch khác nhau 48

Hình 4.3 Đường kính và khối lượng củ tỏi theo thời gian tăng trưởng 49

Hình 4.4 Hao hụt khối lượng (%) của củ tỏi ở các giai đoạn thu hoạch theo thời gian tồn trữ 50

Hình 4.5 Hao hụt khối lượng (%) của củ tỏi ở các nhiệt độ tồn trữ 52

Hình 4.6 Độ Brix của củ tỏi theo thời gian tồn trữ ở các điều kiện nhiệt độ khác nhau 54

Hình 4.7 Thay đổi hàm lượng polyphenol tổng số trong củ tỏi tồn trữ ở các điều kiện nhiệt độ 55

Hình 4.8 Thay đổi hàm lượng thiosulfinate của tỏi tươi theo thời gian tồn trữ ở các nhiệt độ 56

Hình 4.9 Hao hụt khối lượng của củ tỏi tồn trữ trong các loại bao bì khác nhau ở nhiệt độ 0oC 56

Hình 4.10 Ảnh hưởng của thời gian chần đến hàm lượng polyphenol tổng số (TPC), flavonoid tổng số (TFC) và khả năng loại bỏ gốc tự do DPPH của tỏi 58

Hình 4.11 Hàm lượng thiosulfinate của củ tỏi chần ở các mức thời gian khác nhau 59

Hình 4.12 Ảnh hưởng của thời gian đông lạnh đến hàm lượng polyphenol tổng số (TPC), flavonoid tổng số (TFC) và khả năng loại bỏ gốc tự do DPPH của tỏi 60

Hình 4.13 Giá trị cảm quan của củ tỏi sau khi chần và lạnh đông 61

Hình 4.14 Ảnh hưởng của tiền xử lý lạnh đông đến giá trị L trong suốt quá trình chế biến tỏi đen 61

Hình 4.15 Ảnh hưởng của tiền xử lý lạnh đông đến hàm lượng polyphenol

tổng số trong quá trình chế biến tỏi đen 62

Hình 4.16 Hàm lượng polyphenol trong tỏi đen ở các mức nhiệt độ lão hóa 63

Hình 4.17 Hàm lượng flavonoid trong tỏi đen ở các mức nhiệt độ lão hóa 63

Hình 4.18 Hoạt động chống oxy hóa của tỏi đen ở các mức nhiệt độ lão hóa 64

Hình 4.19 Thay đổi độ cứng của tỏi ở các nhiệt độ khác nhau trong suốt quá trình chế biến tỏi đen 66

Hình 4.20 Sự thay đổi màu sắc của tép tỏi (a) và mặt cắt ngang củ tỏi (b) theo nhiệt độ và thời gian lão hóa 67

Hình 4.21 Thay đổi màu sắc tỏi đen trong suốt quá trình lão hóa ở 60oC 68

Hình 4.22 Ảnh hưởng của nhiệt độ lão hóa đến giá trị L của tỏi theo thời gian 68

Hình 4.23 Độ ẩm của tỏi đen ở các mức nhiệt độ lão hóa khác nhau 69

Hình 4.24 Ảnh hưởng của nhiệt độ lão hóa đến hàm lượng thiosulfinate trong tỏi đen 70

Hình 4.25 Ảnh hưởng của nhiệt độ lão hóa đến hàm lượng acid tổng số của tỏi đen 71

Hình 4.26 Ảnh hưởng của nhiệt độ và thời gian lão hóa đến hàm lượng đường khử của tỏi đen 72

Hình 4.27 Giản đồ mạng nhện (QDA) biểu thị điểm cảm quan của tỏi đen theo nhiệt độ và thời gian lão hóa 72

Hình 4.28 Tỷ số khả dĩ theo thời gian xử lý ở các nhiệt độ khác nhau 73

Hình 4.29 Đồ thị bề mặt đáp ứng thể hiện ảnh hưởng của nhiệt độ và thời gian sấy đến TPC của tỏi đen 75

Hình 4.30 Đồ thị bề mặt đáp ứng thể hiện ảnh hưởng của nhiệt độ và thời gian sấy đến TFC của tỏi đen 75

Hình 4.31 Đồ thị bề mặt đáp ứng thể hiện ảnh hưởng của nhiệt độ và thời gian sấy đến khả năng loại bỏ gốc tự do của tỏi đen 76

Hình 4.32 Sự tương thích của hàm lượng polyphenol tổng số giữa giá trị thực nghiệm và dự đoán theo phương trình (4.2) 77

Hình 4.33 Sự tương thích của hàm lượng flavonoid tổng số giữa giá trị thực nghiệm và dự đoán theo phương trình (4.3) 77

Hình 4.34 Sự tương thích của khả năng loại bỏ gốc tự do DPPH giữa giá trị

thực nghiệm và dự đoán theo phương trình (4.4) 77Hình 4.35 Biểu đồ contour tối ưu nhiệt độ và thời gian sấy tỏi đen 78Hình 4.36 Tương quan giữa tỷ số khả dĩ và nhiệt độ với thời gian xử lý 80Hình 4.37 Ảnh hưởng nhiệt độ bảo quản và điều kiện bao gói đến hàm lượng

(a) TPC, (b) TFC và (c) khả năng loại trừ gốc tự do DPPH của tỏi đen 82Hình 4.38 Sản phẩm tỏi đen bảo quản trong bao bì PA 83Hình 4.39 Ảnh hưởng của nhiệt độ và thời gian chần đến hàm lượng flavonoid

trong tỏi 85Hình 4.40 Thay đổi hoạt tính chống oxy hóa trong tỏi ở các điều kiện chần

khác nhau 88Hình 4.41 Mô hình dự đoán hàm lượng polyphenol tổng số ở các điều kiện

chần khác nhau 90Hình 4.42 Mô hình dự đoán hàm lượng flavonoid tổng số ở các điều kiện chần

khác nhau 90Hình 4.43 Mô hình dự đoán hàm lượng thiosulfinate ở các điều kiện chần khác

nhau 91Hình 4.44 Ảnh hưởng của thời gian và nhiệt độ chần đến độ cứng của tỏi 92Hình 4.45 Tỏi trước và sau khi chần ở 70, 80 và 90oC trong 90 giây 94

Hình 4.46 Ảnh hưởng của nồng độ NaCl và mật số vi khuẩn Lactobacillus

plantarum bổ sung vào dịch lên men đến hàm lượng polyphenol tổng số trong

tỏi 99

Hình 4.47 Ảnh hưởng của nồng độ NaCl và mật số vi khuẩn Lactobacillus

plantarum bổ sung vào dịch lên men đến hàm lượng flavonoid tổng số trong

tỏi 101

Hình 4.48 Ảnh hưởng của nồng độ NaCl và mật số vi khuẩn Lactobacillus

plantarum bổ sung vào dịch lên men đến hàm lượng thiosulfinate trong tỏi 103

Hình 4.49 Ảnh hưởng của nồng độ NaCl và mật số vi khuẩn L plantarum bổ

sung vào dịch lên men đến hoạt tính chống oxy hóa trong tỏi 105Hình 4.50 Kết quả đánh giá cảm quan của các thành viên đối với 16 mẫu tỏi

sau lên men 107Hình 4.51 Mẫu tỏi lên men trong dung dịch có nồng độ muối NaCl 1%, mật số

vi khuẩn L plantarum 106 CFU/mL sau 6 ngày 108

Hình 4.52 Một số mẫu tỏi lên men có bổ sung hành lá (A), hành tây (B) và

hành tím (C) 108Hình 4.53 Ảnh hưởng của tỷ lệ nguyên liệu phụ đến hàm lượng polyphenol

tổng số trong tỏi lên men 110Hình 4.54 Ảnh hưởng của tỷ lệ nguyên liệu phụ đến hàm lượng flavonoid tổng

số trong tỏi lên men 111Hình 4.55 Kết quả đánh giá cảm quan tỏi lên men lactic bảo quản ở 30±2 và

5±1oC 115Hình 4.56 Sản phẩm tỏi lên men lactic sau 9 tuần bảo quản 115Hình 4.57 Hàm lượng polyphenol tổng số trong dịch tỏi đen được trích ly theo

tỷ lệ nguyên liệu/dung môi và loại dung môi khác nhau 117Hình 4.58 Hàm lượng flavonoid tổng số trong dịch tỏi đen được trích ly theo

tỷ lệ nguyên liệu/dung môi và loại dung môi khác nhau 117Hình 4.59 Hàm lượng S-allyl cysteine trong dịch tỏi đen được trích ly theo tỷ

lệ nguyên liệu/dung môi và loại dung môi khác nhau 118Hình 4.60 Hoạt tính chống oxy hóa DPPH của dịch tỏi đen được trích ly theo

tỷ lệ nguyên liệu/dung môi và loại dung môi khác nhau 118Hình 4.61 Sắc ký đồ của dung dịch SAC chuẩn (a) và SAC trong tỏi đen (b) 119Hình 4.62 Ảnh hưởng của nhiệt độ và thời gian trích ly đến hàm lượng

polyphenol trong dịch tỏi đen 121Hình 4.63 Ảnh hưởng của nhiệt độ và thời gian trích ly đến hàm lượng

flavonoid trong dịch tỏi đen 121Hình 4.64 Ảnh hưởng của nhiệt độ và thời gian trích ly đến hàm lượng SAC

trong dịch tỏi đen 121Hình 4.65 Ảnh FE-SEM của hệ dịch tỏi đen (a) và hệ nano tỏi đen tỷ lệ dịch

trích/dung dịch alginate là 1/1 (b), 2/1 (c), 3/1 (d), 1/2 (e), 1/3 (f) 122Hình 4.66 Điện thế zeta của hệ nano tỏi đen được chế tạo ở tỷ lệ dịch

trích/dung dịch alginate là 1/1 123Hình 4.67 Điện thế zeta của hệ nano tỏi đen được chế tạo ở tỷ lệ dịch

trích/dung dịch alginate là 2/1 124Hình 4.68 Điện thế zeta của hệ nano tỏi đen được chế tạo ở tỷ lệ dịch

trích/dung dịch alginate là 3/1 124

Hình 4.69 Điện thế zeta của hệ nano tỏi đen được chế tạo ở tỷ lệ dịch

trích/dung dịch alginate là 1/2 124

Hình 4.70 Điện thế zeta của hệ nano tỏi đen được chế tạo ở tỷ lệ dịch trích/dung dịch alginate là 1/3 125

Hình 4.71 Phổ FT-IR của tỏi đen 126

Hình 4.72 Phổ FT-IR của alginate 126

Hình 4.73 Phổ FT-IR của hệ nano tỏi đen 127

Hình 4.74 Phổ FT-IR của hệ nano tỏi đen được chế tạo ở tỷ lệ dịch trích/dung dịch alginate là 1/1 127

Hình 4.75 Phổ FT-IR của hệ nano tỏi đen được chế tạo ở tỷ lệ dịch trích/dung dịch alginate là 2/1 128

Hình 4.76 Phổ FT-IR của hệ nano tỏi đen được chế tạo ở tỷ lệ dịch trích/dung dịch alginate là 3/1 128

Hình 4.77 Phổ FT-IR của hệ nano tỏi đen được chế tạo ở tỷ lệ dịch trích/dung dịch alginate là 1/2 129

Hình 4.78 Phổ FT-IR của hệ nano tỏi đen được chế tạo ở tỷ lệ dịch trích/dung dịch alginate là 1/3 129

DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT

AChE: Enzyme acetylcholinesterase

AGE (Aged garlic extract): Chiết xuất tỏi lão hóa

DLS: Tán xạ ánh sáng động

DMSO: Dimethyl sulfoxide

DPPH: 2,2-diphenyl-1-picrylhydrazyl

D.W (Dried weight): Trọng lượng khô

EE: Hiệu suất bọc

FE-SEM (Field Emission Scanning Electron Microscope): Kính hiển vi điện tử quét

FT-IR (Fourier-transform infrared spectroscopy): Quang phổ hồng ngoại chuyển đổi Fourier

GAE (Gallic Acid Equivalent): Đương lượng acid gallic

GSAC: γ-glutamyl-S-allyl-L-cysteine

IC50 (The half maximal inhibitory concentration): Nồng độ ức chế 50% đối tượng thử

LAB (Lactic Acid Bacteria): Vi khuẩn acid lactic

mg GAE: mg acid gallic tương đương

mg QE: mg quercetin tương đương

MTT: (3-(4,5-dimethylthiazol-2-yl)-2,5-diphenyltetrazolium)

OD: Mật độ quang

PA: Polyamide

QDA (Quantitative Descriptive Analysis): Phân tích mô tả định lượng

QE (Quercetin equivalent): Đương lượng quercetin

RH (Relative Humidity): Độ ẩm tương đối

SAC: S-allyl-cysteine

TFC (Total Flavonoids Content): Hàm lượng flavonoid tổng số

TPC (Total Polyphenols Content): Hàm lượng polyphenol tổng số

-GTP: -glutamyl transpeptidase

Chương 1: GIỚI THIỆU 1.1 Đặt vấn đề

Ở Việt Nam, tỏi được trồng nhiều tại các vùng Hải Dương, Hà Nội, BắcGiang, Phan Rang, Lý Sơn, Đà Lạt,… Tỏi Phan Rang có đặc điểm củ nhỏ, vỏlụa trắng, tinh dầu rất thơm Nhiều nông hộ áp dụng quy trình VIETGAP vàosản xuất, cung cấp cho người tiêu dùng sản phẩm tỏi bảo đảm chất lượng antoàn

Bảo quản tỏi rất quan trọng để cung cấp sản phẩm cho thị trường rau củtươi và cho quá trình chế biến Các thành phần hóa học và mùi hăng cay của tỏiđều là các thông số quan trọng rất ít được nghiên cứu liên quan đến các điềukiện bảo quản Tỏi có thể được lưu trữ khoảng 1-2 tháng trong điều kiện tốt ởnhiệt độ môi trường xung quanh với RH thấp (< 75%) Tuy nhiên, trong nhữngđiều kiện này, củ tỏi sẽ dần dần trở nên mềm, xốp và nhăn nheo do mất nước

Sự đa dạng giống tỏi, thời gian và điều kiện tồn trữ đều có thể ảnh hưởng đếnthời gian bảo quản củ tỏi Khảo sát độ thuần thục và phương pháp tồn trữ giúpduy trì ổn định nguồn nguyên liệu cho quá trình chế biến và mua bán

Tỏi được biết đến với nhiều công dụng bảo vệ sức khỏe do chứa các hợpchất chống khuẩn gây bệnh, chất kháng sinh, khả năng chống gốc tự do; chống

xơ vữa động mạch; kháng ung thư và chống mỡ máu cao (Kim et al., 2012).

Tuy nhiên, việc tiêu thụ tỏi tươi chưa qua chế biến bị hạn chế do có mùi hăng,

vị cay đặc trưng và có xu hướng gây khó chịu cho dạ dày Trong những nămgần đây, các phương pháp chế biến khác nhau như xử lý nhiệt, lão hóa (aging)

và lên men đã được sử dụng để loại bỏ mùi khó chịu và cải thiện vị của tỏi (Bae

et al., 2014) Tỏi đen được tạo ra từ tỏi tươi bằng cách xử lý ở điều kiện nhiệt độ

và độ ẩm thích hợp trong khoảng thời gian nhất định Các hợp chất gây mùi khóchịu của tỏi bị mất sau quá trình sản xuất, màu đen của tỏi được hình thành docác phản ứng sinh hoá và hoá học (chủ yếu phản ứng Maillard) Tỏi đen có vịngọt dịu và độc đáo, cấu trúc mềm dẻo như trái cây sấy, không gây mùi vị khó

chịu như tỏi tươi (Wang et al., 2010) Hơn nữa, quá trình chế biến tỏi đen còn

liên quan đến sự hình thành các hợp chất phenolic, S-allyl-L-cysteine (SAC) vàcác hợp chất hoà tan trong nước có tác dụng chống oxy hoá mạnh (Corzo-

Martinez et al., 2007; Imai et al., 1994) Vì vậy đây là thực phẩm lý tưởng trong

phòng ngừa và điều trị bệnh tim, Alzheimer, viêm khớp và các bệnh mãn tínhnhư bệnh tiểu đường, đặc biệt là bệnh ung thư Ngoài ra, quá trình lên men,ngoài việc là một phương pháp để bảo quản nguyên liệu tươi trong thời gianngắn trước khi tiếp tục chế biến, nó có thể mang lại một

vài thuận lợi (cải thiện mùi, làm giàu các chất chuyển hóa mong muốn được tạo

ra bởi các vi sinh vật và tăng độ an toàn) như đã được báo cáo trong các sản

phẩm lên men thực vật khác (Buckenhuskes et al., 1990) Orlov et al (1991) đã

nghiên cứu sự thay đổi một số thành phần hóa học (hàm lượng đường, acidlactic, vitamin C) trong suốt quá trình lên men tự nhiên của tỏi chần trong nướcmuối Hiện nay, các nghiên cứu chuyên sâu về quy trình chế biến và các biếnđổi chất lượng sản phẩm tỏi đen và tỏi lên men lactic đã bắt đầu được quan tâmtại Việt Nam Tuy nhiên, các nghiên cứu chỉ dừng lại ở việc tạo ra sản phẩmmới (tỏi đen), chưa quan tâm nhiều đến hoạt chất sinh học trong sản phẩm Do

đó, việc nghiên cứu, thiết lập và kiểm soát các thông số kỹ thuật trong chế biến

là điều cần thiết và cấp bách nhằm tạo ra sản phẩm có giá trị sinh học và khảnăng phòng ngừa bệnh cao tại Việt Nam

Tình hình kinh tế Việt Nam đã được cải thiện đáng kể và sự thay đổi này

đã đóng góp kết quả tốt cho việc thay đổi số lượng và loại bệnh tật trong nướcvới sự giảm các bệnh truyền nhiễm và suy dinh dưỡng, nhưng lại tăng các bệnhmãn tính như bệnh tiểu đường type II, tăng lipid máu, tăng huyết áp và thừa cân,đặc biệt là ở các thành phố lớn Do vậy với các đặc tính rất tốt từ các sản phẩmchế biến từ tỏi (như đã đề cập) có thể mở ra hướng sử dụng tỏi nhiều hơn để đápứng nhu cầu sức khỏe và phòng chống bệnh tật trong tình hình dinh dưỡng ViệtNam đang có nhiều biến động Bên cạnh đó, khả năng hấp thu các dược chấtquý trong tỏi vào cơ thể đến nay công bố vẫn còn hạn chế, tuy nhiên có thểkhẳng định rằng khi nano hóa các hoạt chất trên thì khả năng hấp thu sẽ tăng lên

gấp hàng chục lần (Shaikh et al., 2009) Quy trình chế tạo hạt nano mang thuốc

khá phức tạp bởi chúng chỉ được hình thành khi đáp ứng các tiêu chí về tínhchất vật lý và hóa học đặc trưng Vật liệu nano mang thuốc có thể cho thấynhiều hoạt tính sinh học vượt trội Hạt nano tỏi đen cũng chưa được chế tạo vàcông bố ở các nghiên cứu trong nước và quốc tế Vì vậy, nghiên cứu chế biếncác sản phẩm từ tỏi với hàm lượng cao các hoạt chất sinh học, đồng thời cùngvới việc trích ly hiệu quả các hoạt chất này và ứng dụng công nghệ nano để tăngcường hoạt tính của chúng là điều cần thiết

1.2 Mục tiêu nghiên cứu

1.2.1 Mục tiêu chung

Nâng cao và cải thiện sinh khả dụng của các chất có hoạt tính sinh họctrong tỏi thông qua quy trình chế biến sản phẩm tỏi (tỏi đen và tỏi len menlactic) và công nghệ nano

1.2.2 Mục tiêu cụ thể

Xác định ảnh hưởng của thời điểm thuần thục của tỏi và điều kiện bảoquản tỏi đến đặc tính lý học và các hợp chất có hoạt tính sinh học trong quátrình tồn trữ tỏi Chọn được thời điểm thu hoạch tỏi có chất lượng tốt nhất vàđiều kiện tồn trữ thích hợp để áp dụng trong chế biến các sản phẩm tỏi

Xác định các thông số tối ưu cho quá trình sản xuất tỏi đen và tỏi lên menlactic nhằm tạo ra sản phẩm tỏi có chất lượng cao (tăng cường hàm lượng cáchoạt chất sinh học và khả năng chống oxy hóa)

Xác định các điều kiện tồn trữ thích hợp cho 2 loại sản phẩm tỏi đen và tỏilên men lactic

Xây dựng quy trình trích ly các hợp chất sinh học từ tỏi đen và chế tạo cáchạt nano tỏi đen mang các chất có hoạt tính sinh học với kích thước thích hợp( 100 nm), hình dạng tốt nhất (gần với hình cầu) và độ ổn định cao

Hiệu quả thu được từ thử nghiệm hoạt tính của hệ nano tỏi đen trong kỹ

thuật in-vitro và in-vivo.

1.3 Nội dung nghiên cứu

1.3.1 Nội dung 1: Khảo sát sự thay đổi đặc tính lý học và hợp chất có hoạt tính sinh học của củ tỏi (Allium sativum L.) trong quá trình thuần thục

1.3.3 Nội dung 3: Ứng dụng công nghệ nano nhằm cải thiện sinh khả dụng của các hợp chất sinh học từ sản phẩm tỏi đen

Khảo sát các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình trích ly các chất có hoạt tính sinh học trong tỏi đen

Ứng dụng công nghệ nano góp phần nâng cao giá trị sinh học của các hợp chất trong sản phẩm tỏi đen.

Thử nghiệm hoạt tính của hệ nano tỏi đen ở kỹ thuật in-vitro và in-vivo vềkhả năng hấp thu và tác dụng của các hoạt chất sinh học thu nhận được từ côngnghệ nano.

1.4 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

Nguyên liệu tỏi tươi cổ mềm, giống địa phương được thu hoạch và chọnlựa vào thời điểm mùa vụ năm 2014, 2015, 2016 và 2017 tại phường Văn Hải,thành phố Phan Rang - Tháp Chàm, tỉnh Ninh Thuận

Sản phẩm tỏi đen và tỏi lên men lactic được chế biến và nghiên cứu tại Bộmôn Công nghệ Thực phẩm, Khoa Nông nghiệp, Trường Đại học Cần Thơ

Hạt nano tỏi đen được chế tạo bằng cách sử dụng polymer alginate mạchngắn và thử nghiệm hoạt tính kháng sinh, gây độc tế bào ung thư, ức chếenzyme -glucosidase và AChE, khả năng hạ đường huyết trên chuột nhắt trắng

bị tiểu đường tại Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam

1.5 Ý nghĩa của luận án

1.5.1 Ý nghĩa khoa học

Luận án đã cung cấp nhiều kết quả nghiên cứu về độ thuần thục, thời gianthu hoạch và điều kiện bảo quản tỏi tươi Ngoài ra, cơ chế hình thành tỏi đen vàtỏi lên men lactic trong suốt quá trình chế biến cũng được làm rõ Các mô hình

đề xuất và các thiết lập liên quan đến các giá trị tham số động học được đánhgiá nhằm có các hiểu biết chính xác về sự thay đổi của các hợp chất có hoạt tínhsinh học trong sản phẩm thực phẩm trong quá trình chế biến Đây cũng sẽ lànguồn tài liệu quý giá cho công việc giảng dạy, nghiên cứu khoa học Hạt nano

tỏi đen được chế tạo và thử nghiệm thành công ở kỹ thuật in-vitro và in-vivo góp phần làm đa dạng cơ sở dữ liệu thuốc phục vụ hỗ trợ và điều trị bệnh.

1.5.2 Ý nghĩa thực tế

Như đã đề cập, Việt Nam có nhiều vùng trồng tỏi nổi tiếng như PhanRang, Lý Sơn, chất lượng các giống tỏi này được đánh giá rất cao trên cácphương tiện truyền thông và người tiêu dùng Tuy nhiên chưa có công trìnhkhoa học nào nghiên cứu giá trị thực sự của giống tỏi địa phương (chất lượng vàphương pháp tồn trữ) và sử dụng cho quá trình chế biến, nâng cao giá trị từnguồn nông sản này

Đối với nhiều hộ gia đình tại Phan Rang-Tháp Chàm và nhiều vùng trồngtỏi trên cả nước, tỏi được xem là cây trồng truyền thống, tuy nhiên giá trị

thương phẩm của củ tỏi Việt Nam chưa cao, giá cả bấp bênh, chưa thể cạnhtranh với tỏi giá rẻ từ Trung Quốc, đời sống của người trồng tỏi không ổn định.Thông qua quy trình chế biến tỏi đen và tỏi lên men lactic sẽ làm tăng lượngtiêu thụ tỏi cho người nông dân Nghiên cứu đồng thời quy trình sản xuất haidạng sản phẩm này cũng nhằm tạo ra nguồn thực phẩm mới có giá trị sinh họccao và là công việc có ý nghĩa khoa học và thực tiễn Tỏi đen và tỏi lên menlactic trải qua quá trình chế biến có hàm lượng các chất có hoạt tính sinh học (S-allyl cysteine, polyphenol, flavonoid,…) và hoạt động chống oxy hóa cao hơn

so với tỏi tươi Đặc biệt, các hợp chất này có khả năng ứng dụng cao trong việcbảo vệ sức khỏe và là một liệu pháp phòng ngừa bệnh ung thư cho người tiêuthụ chúng (như đã đề cập ở trên)

Tỏi đen và tỏi lên men lactic cũng góp phần làm đa dạng hơn các sảnphẩm từ tỏi ngoài thị trường và cung cấp nguồn thực phẩm giàu “giá trị dượcliệu” trong bữa ăn hàng ngày

Công nghệ nano được xem là công nghệ tiên tiến bậc nhất hiện nay Trênthế giới việc áp dụng công nghệ nano được thực hiện đối với các hoạt chất cógiá trị dược liệu cao nhưng khả năng hấp thu kém Bên cạnh đó, kỹ thuật nanođược áp dụng đồng thời sẽ tăng giá trị sinh học của sản phẩm và mở hướng mớicho việc sử dụng các sản phẩm của tỏi Việt Nam ở mức độ cao và hiệu quả hơn.Ngoài ra, sự ra đời của hệ nano tỏi đen sẽ là niềm hy vọng mới cho các bệnhnhân ung thư, tiểu đường và một số loại bệnh khác

1.6 Những điểm mới của luận án

Luận án cung cấp thông tin thời điểm thuần thục và điều kiện bảo quản tỏitươi liên quan đến đặc tính lý học và các hợp chất có hoạt tính sinh học trongsuốt quá trình tồn trữ

Xây dựng được quy trình chế biến tỏi đen và tỏi lên men lactic nhằm tạo

ra sản phẩm tỏi có chất lượng cao vượt trội so với tỏi tươi (tăng cường hàmlượng các hoạt chất sinh học và khả năng chống oxy hóa trong tỏi đen) Ngoài

ra, nghiên cứu còn xác định các điều kiện tồn trữ thích hợp cho hai loại sảnphẩm tỏi đen và tỏi lên men lactic

Xây dựng quy trình trích ly các hợp chất sinh học từ tỏi đen và ứng dụngcông nghệ nano chế tạo thành công hạt nano tỏi đen mang các chất có hoạt tínhsinh học với kích thước 100 nm, hình dạng gần với hình cầu và độ ổn định cao.Hiệu quả thu nhận được từ thử nghiệm hoạt tính của hệ nano tỏi đen

ở kỹ thuật in-vitro và in-vivo cũng được xác định.

Chương 2: TỔNG QUAN TÀI LIỆU 2.1 Giới thiệu tổng quan

2.1.1 Tổng quát về tỏi

2.1.1.1 Lịch sử của tỏi

Tỏi là một trong những loại thực vật lâu năm nhất trên thế giới và thuộc họLily Mặc dù nguồn gốc địa lý chính xác của tỏi vẫn chưa được xác định, nhưngnhững nhà thực vật học hiện báo cáo rằng tỏi đến từ Trung Á Một số tác giảkhác cho rằng là Siberia, nơi tỏi được phát hiện và trồng bởi những người tìmkiếm thực phẩm và thảo dược chữa bệnh trên đồng ruộng Đặc tính của củ tỏitrắng là không mùi khi còn nguyên vẹn, nhưng khi cắt ra tỏi có mùi vị cay nồng(Borek, 2001) Trong cuộc sống hiện đại ngày nay, tỏi đã trở thành loại thảodược tăng cường sức khỏe phổ biến ở vùng Viễn và nước Cận Đông, Châu Âu

và Mỹ Một bộ phận người Trung Quốc thường ăn cố định 20 gram tỏi/ngày,xấp xỉ trung bình 8 tép tỏi Tại Đức, đa số những người trưởng thành bổ sung tỏihằng ngày để tăng cường sức khỏe Ở Mỹ, việc sử dụng chất bổ sung tỏi đãnhanh chóng tăng cao trong những năm qua, chất bổ sung phổ biến nhất là chiếtxuất tỏi lão hóa không mùi (Borek, 2001)

2.1.1.2 Củ tỏi

Trong tất cả phương thuốc thảo dược được tiêu thụ cho mục đích lợi íchđối với sức khỏe, củ tỏi xếp hạng cao nhất, trong cả hai sự phổ biến và hiệu quả

Tỏi (Allium sativum L.), một trong những loại thực vật lâu đời nhất được sử

dụng trong y học, đã trở thành một phần quan trọng trong của sống của conngười qua nhiều thế kỷ Tỏi được sử dụng như gia vị thực phẩm, tăng cường sứckhỏe cho người lính trong chiến tranh, chữa cảm lạnh, nhiễm trùng và điều trịnhiều loại bệnh khác nhau, từ bệnh tim mạch đến ung thư và thậm chí cả bệnhdịch hạch (Amagase, 2006)

Ở Việt Nam, tỏi được trồng nhiều tại các vùng Hải Dương, Hà Nội, BắcGiang, Phan Rang - Ninh Thuận, Lý Sơn – Quảng Ngãi, Đà Lạt – Lâm

Đồng,… Trong đó, diện tích trồng tỏi lớn nhất ở Hải Dương (5,100 ha), Lý Sơn(307 ha),…Tại Ninh Thuận, theo thống kê của Sở Nông nghiệp và Phát triểnnông thôn, trong vụ Đông Xuân 2011-2012, diện tích trồng tỏi toàn tỉnh là 126

ha, chiếm 11,54% diện tích gieo trồng tỏi của cả tỉnh Tỏi Ninh Thuận đượctrồng chủ yếu tại 3 huyện, thành phố đó là thành phố Phan Rang – Tháp Chàm(44 ha) tập trung ở phường Văn Hải; huyện Ninh Hải (70 ha) tập trung

ở các xã Nhơn Hải, Thanh Hải, Vĩnh Hải; huyện Thuận Bắc (12 ha) ở xã BắcSơn Diện tích trồng tỏi toàn tỉnh sẽ có xu hướng tăng trong năm 2013 và 2014

(dự kiến đạt trên 210 ha), sản lượng ước đạt 1.600 tấn, tập trung ở các huyệnNinh Hải, Thuận Bắc và thành phố Phan Rang - Tháp Chàm (Trung tâmKhuyến nông – Khuyến ngư Ninh Thuận, 2012).

Tỏi được phân thành 2 loại: cổ cứng và cổ mềm, dựa trên sự hình thànhphần thân giữa (central stalk) (Hình 2.1)

Tỏi cổ cứngTỏi cổ mềmcứng

Tỏi cổ mềm

Hình 2.1 Cấu tạo trong của củ tỏi cổ mềm và tỏi cổ cứng

(Nguồn: https://www.garlicfarm.ca/garlic-bulbils.htm truy cập ngày 29/10/2019 ) Tỏi cổ cứng (Allium sativum ophioscorodon ) rất gần với tỏi dại, được biết đến như sự đa dạng của giống tỏi ophioscorodon Tỏi cổ mềm (Allium sativum sativum) là loại tỏi phổ biến nhất Đa số tỏi được bán ở các siêu thị là loại này.

Tỏi cổ mềm không có cuống hoa tỏi, chịu được khí hậu nóng (trong khi tỏi cổcứng thường trồng ỏ vùng khí hậu lạnh), củ tỏi có nhiều tép hơn loại cổ cứng,thường tạo thành nhiều lớp quanh lõi trung tâm và có lớp da mỏng như giấytrắng bao bên ngoài Khả năng tồn trữ của loại tỏi này cũng tốt hơn Tỏi cổ mềmrất dễ bện lại thành từng chùm Cấu tạo bên trong củ tỏi cổ cứng và cổ mềmcũng không giống nhau Tỏi cổ cứng có cuống hoa tỏi ở giữa củ và số lượng téptỏi trên một củ tỏi ít hơn tỏi cổ mềm

Các giống tỏi thường được sử dụng trong sản xuất của nước ta (Hình 2.2):

- Tỏi Hà Nội: lá mần xanh hơi sẫm, lá thật dạng mền và có màu xanh ngà, phiến

lá mỏng, thân củ khi non có màu tía nhạt, khi già màu nâu nhạt, tròn dẹt, năngsuất bình quân 14 - 15 tấn/ha/vụ

- Tỏi trắng: lá mần xanh ngà, phiến lá mỏng, thân củ khi non có màu phớt tím,khi già màu trắng, củ to và đường kính củ từ 4,0 - 4,5 cm, năng suất bình quân

12 - 13 tấn/ha/vụ và khi bảo quản củ thường hay bị óp

- Tỏi Vân Nam - Trung Quốc: lá xanh thẩm, củ non và củ già đều có màu tía, hình dạng củ tròn dẹp, năng suất bình quân 15 - 20 tấn/ha/vụ

- Tỏi tía: lá mần xanh thẩm, dạng lá đứng và có hình lòng máng, cuống lá

xanh, cây cao to, có non có màu tím sẫm, củ già có màu tím, hình dạng củ trònđều, kính thước củ từ 3,5 - 4,0 cm và mỗi củ có từ 10 - 11 tép, năng suất bìnhquân 13 - 15 tấn/ha/vụ.

Ngoài ra còn có một số giống tỏi đặc sản của địa phương như tỏi Lý Sơncủa Quảng Ngãi, tỏi trắng của Ninh Thuận

Hình 2.2 Một số giống tỏi phổ biến tại Việt Nam

(Nguồn: https://www.nguoidothi.vn/vn truy cập ngày 29/10/2019)

Ngày nay, sau hơn 6000 năm của văn hóa dân gian, nền khoa học hiện đại

đã xác nhận nhiều lợi ích của tỏi Với nguồn phytochemical dồi dào, hợp chấtlưu huỳnh hữu cơ phong phú và hoạt động chống oxy hóa cao, tỏi đã đượcchứng minh có hàng loạt lợi ích cho sức khỏe con người và tác dụng chống lãohóa, giúp ngăn ngừa bệnh tật và tình trạng bệnh lý liên quan đến lão hóa Nhữngnghiên cứu khoa học và lâm sàng đã chỉ ra rằng tỏi có thể tăng cường hệ miễndịch, bảo vệ chống lại sự lây nhiễm và nhiễm trùng, và giúp làm giảm nguy cơung thư, bệnh tim, bệnh mất trí nhớ, và hầu hết các dạng của bệnh Alzheimer.Nghiên cứu khoa học cho thấy tỏi không phải được ăn tươi hoặc ăn sống mới cóhiệu quả mà tỏi được lão hóa, chiết xuất tỏi khử mùi (kyolic) rất giàu hoạt động

chống oxy hóa (Borek, 2001; Imai et al., 1994; Amagase et al., 2001; Ide et al.,

1999; Borek, 2006a; Rahman, 2003), thường hoạt động tốt hơn so với tỏi tươi,

mà không gây rối loạn tiêu hóa và “hơi thở tỏi”

2.1.1.3 Thành phần hóa học của củ tỏi

Thành phần của tỏi rất phức tạp, với hơn 200 hợp chất khác nhau góp phầnvào hiệu quả có lợi của tỏi Những tính năng quan trọng và độc đáo nhất của tỏi

là hàm lượng hợp chất lưu huỳnh hữu cơ cao Tỏi có chứa nhiều lưu huỳnh hơn(ít nhất gấp 4 lần) so với nhiều loại rau chứa lưu huỳnh cao khác: hành tây,bông cải xanh và súp lơ Tỏi cũng chứa nhiều carbohydrate chứa fructose,protein, xơ, saponin, phospho, kali, kẽm, lượng selenium vừa phải và vitamin C,steroid glycoside, lectin, prostaglandin, tinh dầu, adenosine, vitamins B1, B2,

B6, và E, biotin, acid nicotinic, acid béo, glycolipid, phospholipid, anthocyanin,

flavonoid, phenol, và acid amin thiết yếu (Borek, 2001; Imai et al., 1994; Amagase et al., 2001; Ide et al., 1999; Borek, 2006; Rahman, 2003).

Tùy thuộc vào điều kiện canh tác mà tỏi có thể chứa ít nhất 33 hợp chấtlưu huỳnh hữu cơ khác nhau Thành phần allyl lưu huỳnh trong tỏi đảm nhiệmphần lớn lợi ích đối với sức khỏe của tỏi Hàm lượng allyl lưu huỳnh chính yếutrong tỏi tươi nghiền/cắt nhỏ/băm nhỏ là allicin Allicin không ổn định và nhanhchóng bị phá vỡ tạo thành di-allyl sulfide, di-allyl disulfide, di-allyl trisulfide vàajoene có mùi tan trong dầu Thành phần allyl lưu huỳnh chính yếu trong chiếtxuất tỏi lão hóa (AGE) gồm S-allyl-cysteine và S-allyl-mercaptocysteine tantrong nước và được hình thành bởi quá trình chuyển hóa sinh học trong lão hóa

tự nhiên (Borek, 2001; Imai et al., 1994; Amagase et al., 2001; Ide et al., 1999;

Borek, 2006a; Rahman, 2003)

Từ quan điểm y học và những hiệu quả trong ngăn ngừa bệnh liên quanđến sự lão hóa, hợp chất lưu huỳnh hữu cơ ổn định tan trong nước trong tỏi cóhiệu quả cao Lưu huỳnh hữu cơ hiện diện rất giới hạn trong tỏi tươi, mức độ

của chúng tăng lên đáng kể trong quá trình lão hóa (Borek, 2001; Imai et al., 1994; Amagase et al., 2001; Ide et al., 1999).

2.1.1.4 Lợi ích đối với sức khỏe của tỏi

Theo Watson and Preedy (2010), có rất nhiều nghiên cứu chỉ ra rằngnhững lợi ích cho sức khỏe và tác dụng chống lão hóa của tỏi Do giàu hợp chấtchống oxy hóa và lưu huỳnh hữu cơ, tỏi được chứng minh giúp ngăn chặn nhiềubệnh mãn tính và tình trạng liên quan đến quá trình lão hóa, đặc biệt là bệnh timmạch và bệnh mạch máu não, ung thư, và bệnh Alzheimer Tỏi làm giảm yếu tốnguy cơ bệnh tật và lão hóa, bao gồm việc giảm stress oxy hóa và viêm nhiễm,giảm cholesterol, triglyceride và homocysteine, ức chế sự hình thành mảng bámđộng mạch vành và ngăn chặn kết tụ tiểu cầu Điều trị tỏi làm tăng giãn mạch vàlưu thông máu, giảm huyết áp, ngăn chặn việc chết tế bào

thần kinh và tăng trí nhớ và khả năng nhận thức, tăng khả năng miễn dịch, tăngcường glutathione, chất chống oxy hóa nội bộ quan trọng, tăng sức chịu đựng vềthể chất và cải thiện sự mệt mỏi Trong số nhiều nghiên cứu về tác dụng chốnglão hóa của tỏi, những kết quả nhất quán nhất, báo cáo trong hơn

600 bài báo khoa học, đều là các nghiên cứu tiền lâm sàng và lâm sàng vớichiết xuất tỏi lão hóa (Kyolic) (chất bổ sung không mùi được tiêu chuẩn hóacao) được tạo ra bằng cách chiết xuất và lão hóa tỏi tươi trong thời gian dài,hoạt động này làm giàu thêm hàm lượng chất chống oxy hóa của tỏi và hợp chấttan trong nước ổn định của tỏi, như S-allyl cysteine có sinh khả dụng

(bioavailability) cao (Kasuga et al., 2001) Nhìn chung, chế độ ăn uống giàu tỏi

và chất bổ sung ổn định được tiêu chuẩn hóa của tỏi tăng cường sức khỏe nóichung và giúp nâng cao bảo vệ cơ thể tránh khỏi nhiều bệnh mãn tính và sự lãohóa

2.1.2 Áp dụng các biện pháp xử lý nhiệt trong chế biến tỏi đen

2.1.2.1 Nhiệt độ thấp

Lạnh đông là hoạt động giảm nhiệt độ của thực phẩm xuống dưới điểmđóng băng của chúng và một tỷ lệ nước trải qua sự thay đổi về trạng thái để tạothành các tinh thể đá Bảo quản thực phẩm được kết hợp bằng cách sử dụngnhiệt độ thấp và giảm độ hoạt động của nước Giá trị dinh dưỡng và chất lượngcảm quan của thực phẩm chỉ bị thay đổi nhẹ khi lạnh đông và tồn trữ đúng cách(Fellows, 2000) Phương pháp chế biến tỏi đen truyền thống cực kỳ đơn giảnnhưng tốn nhiều thời gian Tỏi đen được chế biến trong thời gian dài mà không

có bất kỳ biện pháp tiền xử lý nào Nhiệt độ cao phá hủy cấu trúc tế bào và tạođiều kiện cho các cơ chất phản ứng với nhau Trong khi đó, xử lý lạnh đôngtrước khi chế biến làm tổn thương sơ bộ tế bào thực vật Các cơ chất nội bàochảy ra ngoài tế bào bị vỡ do tiền xử lý lạnh đông Vì vậy, giai đoạn lạnh đông

có thể được sử dụng để phá hủy màng tế bào tỏi trước khi chế biến tỏi đen giúprút ngắn thời gian chế biến

2.1.2.2 Nhiệt độ cao

Nhằm rút ngắn thời gian lão hóa tỏi đen (tương tự lạnh đông,), chần làmbiến đổi các tính chất vật lý của mô gây ra sự phá hủy bởi nhiệt độ cao trênmàng tế bào và biến đổi một số tính chất vật lý như độ rỗng

Tỏi đen được chế biến từ tỏi tươi bằng phương pháp kiểm soát nhiệt độ và

độ ẩm mà không cần bất kỳ phương pháp xử lý và phụ gia bổ sung (Jang et al., 2008; Kang et al., 2008; Wang et al., 2010; Kim et al., 2013) Các hợp chất gây

cay gắt và khó chịu bị mất trong quá trình sản xuất, hương vị và màu sắc đenđộc đáo được phát triển bởi các phản ứng sinh hóa và hóa học (chủ

yếu là phản ứng Maillard) Hoạt động chống oxy hóa của tỏi có thể bị ảnh

hưởng bởi quá trình chế biến (Queiroz et al., 2009), liên quan đến sự hình thành các hợp chất phenolic và sự hiện diện của allicin (Kim et al., 2013).

Phản ứng Maillard xảy ra giữa đường khử và protein, peptide hoặc acidamin trong suốt quá trình chế biến và/hoặc bảo quản thực phẩm, cũng có thểlàm tăng hoạt động chống oxy hóa trong nhiều sản phẩm khác nhau (Del

Castillo et al., 2002a; Delgado-Andrade et al., 2005; Farag et al., 1982; Friedman, 1996; Nicoli et al., 1997; Somoza, 2005) Ide et al (1999) và Ryu et

al (2001) đã chứng minh vai trò chống oxy hóa của sản phẩm chuyển vị

Amadori fructosyl arginine (được bắt nguồn trong suốt giai đoạn đầu của phảnứng Maillard) trong dịch chiết tỏi lão hóa cô đặc thu được bằng cách bảo quản

ở nhiệt độ phòng trong thời gian dài hơn 10 tháng Các tác giả mô tả fructosylarginine như là một chất thu dọn hydrogen peroxide (H2O2) tương đương với

vitamin C Cardelle-Cobas et al (2005) báo cáo rằng sự hiện diện của một vài

hợp chất Amadori, được đo như là 2-furoylmethyl-amino acids (2-FM-AA),trong tỏi bị khử nước thương mại Ngoài ra, hợp chất S-allyl cysteine hòa tantrong nước cũng đã được chứng minh có hoạt động chống oxy hóa trong quátrình chế biến tỏi đen Do đó, nhiều hợp chất phát sinh từ sản phẩm tỏi chế biếncũng góp phần tăng tính kháng khuẩn Sự chuyển hóa tạo thành hợp chất có lợitrong củ tỏi khi chế biến được thể hiện ở Hình 2.3 và 2.4

Hình 2.3 Sự chuyển hóa GSAC thành SAC trong tép tỏi đen

(Nguồn: Majewski, 2014)

+ SS

2.1.3 Chế biến theo phương pháp lên men lactic

2.1.3.1 Sơ lược về vi khuẩn acid lactic (LAB)

Vi khuẩn acid lactic (LAB) là một nhóm vi khuẩn không đồng nhất đượcđặc trưng bởi khả năng của chúng nhằm tạo ra chất chuyển hóa thông thường(acid lactic) từ đường Hoạt động phân giải protein và lipid của chúng thườngđược ghi nhận chủ yếu và hầu như không đóng góp vào hương vị của thực phẩmlên men Hoạt động chính của nhóm vi khuẩn này là sử dụng carbohydrate để

lên men, tạo ra acid lactic (Mehta et al., 2012).

Công nghệ lên men acid lactic là phản ứng lên men chính trong đa số cácthực phẩm sữa, thịt và rau củ lên men Lên men acid lactic được thực hiện

trong điều kiện yếm khí bởi các vi sinh vật thuộc nhóm vi khuẩn hỗ trợ sinhacid lactic Khi lên men đồng hình lactic (homolactic), lộ trình tiếp theo là conđường Embden-Meyerhof-Parnas và chỉ có acid lactic là sản phẩm cuối cùng.Khi lên men dị hình lactic (heterolactic), lộ trình tiếp theo là con đường pentosephosphate (phosphogluconate pathway) và sản phẩm cuối là lactate, ethanol, vàcuối cùng là acetate Trên cơ sở các kiểu lên men acid lactic đã thực hiện, cácloại LAB được chia thành: (1) lên men đồng hình bắt buộc, (2) lên men dị hình

bắt buộc, (3) lên men đồng hình tùy tiện (Mehta et al., 2012).

Trong suốt quá trình lên men, việc sử dụng hệ vi khuẩn lactic trong dungdịch NaCl và hướng đến làm giảm pH là sự lựa chọn hàng đầu (tăng từ 1% tổngquần thể vi khuẩn trong nước muối tươi (fresh brine) đến 80% sau vài ngày) Vikhuẩn acid lactic (LAB) bản xứ thay đổi một cách tự phát trong suốt quá trình

lên men tự nhiên, và khi kết thúc quá trình, các loài Lactobacillus tham gia, chủ yếu là Lactobacillus plantarum (Rodríguez et al., 2009) tại tỷ lệ 39,9% của tổng (Sanchez-Gomez et al., 2006), mặc dù các loài LAB khác như Lactobacillus pentosus và Leuconostoc mesenteroides, trong số nhiều loài khác, cũng đã được phân lập (Rodriguez et al., 2009) Trong suốt giai đoạn đầu lên men, trực khuẩn

gram âm là các vi sinh vật đặc trưng nhất, cơ chế của chúng dẫn đến phát sinh

CO2, hydro, acid acetic, acid lactic, ethyl alcohol,… như là những sản phẩmcuối Trong suốt giai đoạn thứ hai, do hệ quả của sự sụt giảm pH (pH giảm đến

4,5), sự phát triển mạnh của Lactobacilli bắt đầu; chúng chỉ sản xuất acid lactic

như là sản phẩm cuối của quá trình lên men glucose Trong suốt giai đoạn thứ

ba, khi pH đạt 4,0 hoặc thấp hơn, sự hình thành acid bị dừng lại

(Minguez-Mosquera et al., 1989), và khi đường cạn kiệt, thời kỳ lên men có thể được coi

là kết thúc và bắt đầu thời gian bảo quản

Quá trình lên men acid lactic diễn ra một cách tự nhiên ngay sau khi cácchất hữu cơ được bao bọc trong một không gian bị hạn chế sự xâm nhập củaoxy Do đó, khi vi sinh vật phát triển, oxy bị tiêu thụ và CO2 được tạo ra Sựthay đổi môi trường khí này là yếu tố môi trường đầu tiên kiểm soát vi thực vậtđịa phương (microflora) về mùi của LAB Việc sản sinh acid hữu cơ và giảm

pH góp phần vào môi trường khí bị thay đổi, và trở nên cực kỳ quan trọng choviệc kiểm soát vi sinh vật Ngoài các cơ chế kiểm soát môi trường chủ yếu này,các hợp chất kháng khuẩn bên cạnh các acid hữu cơ, như hydrogen peroxide

(Price and Lee, 1970; Gilliland and Speck, 1977), nitrogen oxide (Kelley et al., 1995; Malawista et al., 1992), hoặc protein hay peptide kháng khuẩn có thể

được tạo ra bởi LAB (Daeschel and Nes, 1995)

Để tăng cường áp lực chọn lọc của sự lên men acid lactic tự nhiên, muối

có thể được thêm vào hoặc độ hoạt động của nước được làm giảm Một cách

tinh tế hơn để tăng cường kiểm soát lên men acid lactic là thêm vào một nguồn

giống khởi động hoặc nguồn giống thuần chủng Lactobacillus plantarum (theo

phương pháp công nghiệp hiện đại) Mục tiêu ban đầu của việc lên men acidlactic nhằm làm tăng thời gian bảo quản sản phẩm Theo kinh nghiệm, nhân loại

đã biết đây là cách an toàn trong bảo quản thực phẩm và cũng có chất lượngdinh dưỡng đáng kể, thậm chí còn cải thiện ở nhiều khía cạnh (mùi) Đôi khi,lên men acid lactic cũng có nhiều ưu điểm khác như cải thiện vị và tính đồngnhất của sản phẩm Ngoài ra, lên men acid lactic cũng được công nhận là cóhiệu quả có lợi đối với sức khỏe con người có thể do tiêu thụ LAB sống (live

LAB) (Mehta et al., 2012).

2.1.3.2 Vai trò của lên men trong việc nâng cao các chất có hoạt tính sinh học trong cơ thể con người

Vài chủng Lactobacillus có khả năng tạo ra hoặc làm tăng cường các hợp chất có hoạt tính sinh học trong thực phẩm lên men, ví dụ như L acidophilus, L delbrueckii, L helveticus, L lactis, L plantarum, L rhamnosus,… Đặc điểm

hoạt động phân giải protein nổi bật của LAB được gây ra do proteinase liên kếtthành tế bào và vài peptidase nội bào, gồm aminopeptidase, dipeptidase,endopeptidase, và tripeptidase Một số peptide có hoạt tính sinh học, ví dụ,chống oxy hóa, chống đột biến, điều hòa miễn dịch Việc giải phóng peptide cóhoạt tính sinh học phụ thuộc nhiều vào sự lựa chọn chủng vi khuẩn đảm bảo cânbằng giữa sự toàn vẹn sản phẩm và mức độ thích hợp của hoạt động phân giải

protein cần thiết để giải phóng các peptide có hoạt tính sinh học này (Mehta et al., 2012).

Folate có thể được tạo ra bởi một số vi sinh vật trong thực phẩm nhất định

Với vài ngoại lệ (L acidophilus, L plantarum), Lactobacilli được biết đến không có khả năng tổng hợp folate chứ không phải tiêu thụ folate (Mehta et al.,

2012)

2.1.4 Một số sản phẩm tỏi khác

Các chế phẩm tỏi sẵn có trên thị trường ở nhiều dạng (Hình 2.5), chẳnghạn như chiết xuất tỏi (garlic extract), chiết xuất tỏi đã xử lý nhiệt (heatinggarlic extract), chiết xuất tỏi lão hóa (aged garlic extract), bột tỏi và dầu tỏi

(Banerjee et al., 2003).

Hình 2.5 Một số sản phẩm tỏi trên thị trường

Phương pháp tiếp cận công nghệ nano nhằm hỗ trợ phát triển vật liệutrong quá trình chế biến, cho phép thao tác trên vật chất ở kích thước nano Điềunày liên quan đến sự tự động tập hợp một cách tự phát của nhiều phân tử thànhcấu trúc nano tồn tại vốn dĩ trong tự nhiên và sự tập hợp nhiều phân tử thànhcấu trúc siêu phân tử được hỗ trợ bởi tiến trình gây ra thay đổi trên vật liệu.Thuật ngữ “công nghệ nano” mô tả cách tiếp cận nhằm thao tác trên vật chất ởkích thước phân tử dẫn đến tạo ra vật liệu và/hoặc sản phẩm mới Quy trình pháttriển vật liệu nano được hỗ trợ bởi công cụ và kỹ thuật phân tích mới (ví dụ,kính hiển vi lực nguyên tử, AFM; kính hiển vi điện tử truyền quét,

TEM; phổ khối lượng nguyên tử nano thứ cấp, nano-SIMS; tán xạ neutron gócnhỏ và tia X, SANS và SAXS) có thể được sử dụng để xác định và mô tả cấutrúc nano Điều này giúp hiểu rõ mối quan hệ giữa tính chất vĩ mô của vật liệu

và cấu trúc nano-, micro- của chúng

Công nghệ nano có tầm quan trọng đáng kể trong ngành công nghiệp thựcphẩm Phương pháp tiếp cận công nghệ nano hứa hẹn nhiều cơ hội mới tạo ranhững cấu trúc mới lạ nhằm cải thiện hương vị, cấu trúc và chất lượng thựcphẩm (ví dụ thực phẩm tăng cảm giác ngon miệng), thiết bị mới (ví dụ, cảmbiến nano, vật liệu bao bì dựa trên công nghệ nano, thiết bị đánh dấu nano), hệthống bọc nang có thể phân tán hoạt tính sinh học (chế phẩm thuốc thực phẩm,nutraceutical) (ví dụ, dầu omega-3, chế phẩm sinh học, polyphenol, lycopene)thông qua thực phẩm và quy trình chế biến mới có tiềm năng ảnh hưởng đáng

kể đến sản xuất, an toàn và an ninh lương thực (Chaudhry et al., 2008; Farhang,

2007; Sanguansri and Augustin, 2006; Sozer and Kokini, 2009) Rất nhiều cácphương pháp tiếp cận này do những tiến bộ trong các lĩnh vực cơ bản (ví dụ,hóa học, sinh học, cơ khí, chế biến, khoa học keo và khoa học vật liệu) là nềntảng cho khoa học thực phẩm truyền thống

2.1.5.2 Tiến trình chế tạo ra vật liệu nano

Việc chế tạo vật liệu nano có thể được tiếp cận bởi “cấu trúc từ trênxuống”, “cấu trúc từ dưới lên” hoặc kết hợp cả hai Trong cấu trúc từ trênxuống, một vật liệu nano được tạo ra từ vật liệu có thứ nguyên thích hợp lớnhơn bằng cách sử dụng tiến trình giảm kích thước (ví dụ, xay, hóa lỏng micro,đồng hóa) Trong cấu trúc từ dưới lên, vật liệu nano phát sinh từ sự tự tập hợpcủa các thành phần tồn tại từ trước, chẳng hạn như phân tử và nguyên tử Ví dụcấu trúc từ dưới lên bao gồm sự hình thành micell thông qua sự tự tập hợp củaphân tử có cả tính ưa nước và kỵ nước (amphiphilic), việc tập hợp hai chiều củasợi cellulose trong thành tế bào thực vật, và sự hình thành giọt tụ (coacervate)protein-polysaccharide thông qua tương tác polymer sinh học

Nghiên cứu gần đây kết hợp cấu trúc từ trên xuống và từ dưới lên để chế

tạo vật liệu nano Ví dụ, Lesmes et al (2008) sử dụng thiết bị đồng hóa áp suất

cao nguồn kép để tạo ra glucose xoắn đơn lẻ và thúc đẩy sự hình thành amylosegồm nhiều phức hợp với acid stearic (cấu trúc từ dưới lên) Tương tự,McClements (2010) lớp phủ phiến lá nano bởi sự nhũ tương hóa lượng dầu lớn

để tạo thành những giọt dầu phân tán (cấu trúc từ trên xuống) sau đó được phủvới lớp polymer sinh học (cấu trúc từ dưới lên)

Các quá trình khác nhau nhằm đạt được sự giảm kích thước từ trên xuống(ví dụ, trộn, nghiền, sấy phun, dựa vào chất lỏng siêu tới hạn), những

công nghệ từ trên xuống hứa hẹn nhất là tán nhỏ (ví dụ, nghiền, hóa lỏng micro,đồng hóa) và lộ trình phun (ví dụ, điện phun, sấy phun).

Trích ly là một quá trình mà một hợp chất (ở dạng hòa tan hay dạng rắn)chuyển từ pha này sang pha khác bằng cách cho hai pha tiếp xúc với nhau đểtách các hợp chất cần thiết ra khỏi tạp chất Phương pháp trích ly gồm ngâmtrích hoặc có hỗ trợ của enzyme, vi sóng, sóng siêu âm, Trong đó, ngâm tríchvới dung môi ethanol hoặc nước là phương pháp đơn giản, rẻ tiền, dễ thực hiện

và an toàn trong chế biến thực phẩm chức năng

a Quy trình giảm kích thước

Nhiều quy trình khác nhau có thể được sử dụng làm giảm kích thướcnguyên liệu thực phẩm qua hàng loạt kích thước chiều dài và điều này tạo rakhả năng điều chỉnh thuộc tính chức năng của chúng, điều chỉnh sự tự tập hợpthứ bậc và sự tự tổ chức hơn nữa của thành phần thực phẩm

Quy trình cơ học: Phương pháp tiếp cận giảm kích thước cơ học trong

ngành công nghiệp thực phẩm thường sử dụng kỹ thuật nghiền, đồng hóa hoặcsiêu âm

Nghiền: kích thước hạt liên quan rất lớn đến chức năng; sự gia tăng tổng

diện tích bề mặt của nguyên liệu thực phẩm ứng với cả hai sự gia tăng về tốc độ

và phạm vi hydrate hóa (ví dụ, cải thiện khả năng hòa tan và phân tán) và cũng

có thể dẫn đến sự gia tăng phản ứng bề mặt (ví dụ, tiêu hóa enzyme, oxy hóa),cải thiện hiệu suất chế biến, cải thiện chất lượng sản phẩm, và cải thiện khảnăng tiêu hóa và sinh khả dụng chất dinh dưỡng (Acosta, 2009)

Nghiền siêu mịn dùng để chỉ việc tán nhỏ vật liệu xuống kích thước nano.Hàng loạt phương pháp nghiền siêu mịn khác nhau (ví dụ, nghiền phun chảysiêu âm, nghiền lạnh đông, giãn nở áp suất cao, nghiền cuộn, nghiền bụi dòngkhí tốc độ cao) sẵn có để tạo ra sự đa dạng vật liệu với nhiều thuộc tính khác

biệt rất rõ (de Castro and Mitchell, 2002; Wang and Forssberg, 2007 ; Zhao et al., 2009).

Đồng hóa: Quy trình đồng hóa điển hình tùy thuộc vào sự phân tán và hệ

treo đến ứng suất biến dạng cao Mặc dù đồng hóa được sử dụng phổ biến đểgiảm kích thước giọt dầu và do đó cải thiện sự ổn định của nhũ tương Zhongand Jin (2009a) sử dụng thiết bị đồng hóa rotor-stator để tạo ra hạt nano zein(đường kính tối đa 200 nm) Zein được hòa tan trong dung dịch ethanol chứanước 55-90%, và sau đó dung dịch được biến dạng trong lượng nước lớn, gâykết tủa zein và hình thành hạt nano

b Quy trình tạo hạt nano đối với cấu trúc vật liệu sinh học

Polymer sinh học (protein, polysaccharide, lipid) là những thành phần tạothành cấu trúc cơ bản trong thực phẩm Trong suốt quá trình chế biến thựcphẩm, polymer sinh học bị tiếp xúc với nhiều kiểu ứng suất (ví dụ, gia nhiệt,biến dạng, áp suất) điều này có thể thay đổi tính chất hóa lý của chúng Đây làmột đòn bẩy khác trong cấu trúc nano thực phẩm, và do đó những tích chất vĩ

mô về sau, có thể được thiết kế lại

Gia nhiệt: Những ảnh hưởng của nhiệt đến đặc điểm cấu trúc và chức

năng của protein hình cầu (ví dụ, whey protein) đã được nghiên cứu nhiều

(Damodaran, 1996; Oakenfull et al., 1997) Tính chất hóa lý của protein cũng có

thể bị thay đổi bởi sự gia nhiệt có sự hiện diện của đường khử để tạo thành liênkết hóa trị, khối co-polymer thông qua sự diễn ra phản ứng Maillard một cách tự

nhiên (Oliver et al., 2006) Trong điều kiện được kiểm soát, khối co-polymer

amphiphilic (ví dụ, liên hợp casein-polysaccharide) có khả năng tự tập hợpthành micell với lõi kỵ nước và vỏ ưa nước Khối co-polymer có thể được sử

dụng để xây dựng hệ thống hạt bao hạt nano Pan et al (2007) báo cáo rằng sự

hình thành đồng thời hạt nano dựa trên casein-dextran (đường kính 170-300 nm,phụ thuộc vào pH) và bọc nang hoạt tính sinh học kỵ nước, -carotene Lõi viênnang được tạo thành bởi tương tác kỵ nước giữa - carotene và -casein Dextran

ưa nước được đính kèm ở vỏ -casein được hình thành, nâng cao độ ổn định vàphân tán các hạt trên phạm vi pH rộng (pH 2-12) Sự điều chỉnh trong phươngpháp tiếp cận này là đầu tiên hình thành hạt nano liên hợp Maillard và theo sautiến trình gia nhiệt gây ra (tại nhiệt độ trên nhiệt độ biến tính, Td, của protein) để

tạo thành nanogel lõi-vỏ (đường kính 100-200 nm) (Li and Yao, 2009 ; Li et al.,

2008)

Alginate đã được sử dụng rộng rãi bởi các tính chất vật lý và hóa học đặcbiệt Chúng thường dùng để tạo các hạt (kích thước nano hoặc micro) và gel đặc

(Gombotz and Wee, 1998; Khotimchenko et al., 2001; Tønnesen and Karlsen,

2002; Shilpa et al., 2003; George and Abraham, 2006; Zimmermann et al.,

2007; Zimmermann et al., 2007; D'Ayala et al., 2008; Murtaza et al., 2011; Goh

et al., 2012; Lee and Mooney, 2012) Alginate không độc hại, dễ phân hủy sinhhọc, giá thành thấp và sẵn có trên thị trường Alginate còn được xem là loạithuốc có thể dính vào thành ruột rồi nhả thuốc (mucoadhesion), tương hợp sinhhọc (biocompatibility) và không gây sinh miễn dịch (non-immunogen) Alginate

là một loại polymer mang điện tích âm, được sản xuất từ tảo nâu và vi khuẩn,chứa bao gồm acid α-L-guluronic và acid β-D-mannuronic dạng khử, liên kếttuyến tính với nhau bởi liên kết 1,4-glycosidic Thành phần và trình tự của acidα-L-guluronic và acid β-D-mannuronic dạng

khử phụ thuộc vào nguồn gốc của tảo được sử dụng và chúng ảnh hưởng đếntính chất của alginate Alginate cũng có thể được biến đổi về mặt hóa học để

điều chỉnh tính chất đặc trưng của nó (Yang et al., 2011; Pawar and Edgar,2012) Ngoài ra, nanoaggregates, nanocapsules và nanospheres là các hệ nano

có đường kính hạt khoảng 10 đến 100 nm Các hệ này có thể chứa enzyme,thuốc và các hợp chất khác nhau bằng cách hòa tan hoặc nhốt chúng vào bêntrong hoặc gắn (kẹp) chúng vào ma trận hạt Đối với mạch polymer, alginate sẽcuộn tròn hoặc “vê” để nhốt các hợp chất bên trong

2.1.5.3 Các loại cấu trúc nano

Vật liệu nano hiển thị kích cỡ, hình dạng, cấu trúc và tính chất khác nhau,

có thệ được tạo thành phụ thuộc vào quy trình chế tạo, điều kiện sản xuất, điềukiên môi trường, tính chất của thành phần và bất kỳ cách tiền xử lý (ví dụ, hóalỏng micro, quy trình áp suất cao, phun, siêu âm) được thực hiện nhằm điềuchỉnh nhiều thuộc tính của các thành phần

Phiến lá nano là một dạng của vật liệu nano Một phiến lá nano (thườngdày 1-100 nm) bao gồm hai hoặc nhiều lớp vật liệu với thứ nguyên kích thướcnano (ràng buộc vật lý hoặc hóa học lẫn nhau) Cách tiếp cận thường được sửdụng để tạo ra các phiến lá là phương pháp lắng đọng tĩnh điện theo từng lớp(layer by layer, LBL) Phương pháp này dựa trên những nguyên tắc của sự tựtập hợp trực tiếp của chất đa điện phân để xây dựng film nhiều lớp Một trongnhững lợi thế lớn của kỹ thuật LBL là cho phép điều khiển chính xác độ dày vàtính chất của film tiếp giáp (McClements, 2009; 2010)

2.1.5.4 Cấu trúc kích thước nano làm thay đổi tính chất của thực phẩm

Thị trường vật liệu cấu trúc nano được dự đoán sẽ vượt quá 20 tỷ USDtrong năm 2000 (Anonymous, 2009) Việc áp dụng công nghệ nano trong ngànhcông nghiệp thực phẩm trên toàn thế giới có tiềm năng tác động thông quanhiều lĩnh vực thực phẩm gồm sản xuất, chế biến, đóng gói và an toàn

Các tính chất của thực phẩm phụ thuộc vào sự hình thành, chuẩn bị và chếbiến được sử dụng trong sản xuất Nhiều thành phần nguyên liệu có chức năngsẵn có liên quan đến thành phần và cấu trúc hóa học độc đáo của chúng Tuynhiên, chế biến gây ra sự thay đổi thành phần thực phẩm ảnh hưởng đến tínhchất của từng thành phần riêng lẻ trong sự hình thành và ảnh hưởng đến cáchchúng tập hợp thành cấu trúc nano- và micro-, và cuối cùng là tổ chức cấu trúcmacro- Cấu tạo, bảo quản, chuyển đổi và tiêu hủy thực phẩm ảnh hưởng đáng

kể đến tính chất hóa lý của vật liệu thực phẩm Cấu trúc thực phẩm cũng ảnhhưởng đến chất lượng dinh dưỡng, sự ổn định hóa học và vi sinh vật, và giá trịcảm quan (Aguilera, 2005) Những hiểu biết về mối quan hệ

giữa cấu trúc và tính chất của thực phẩm cho phép thiết kế nâng cao vật liệuthực phẩm và sản phẩm thực phẩm có kích thước nano (Aguilera and Lillford,2008)

a Cấu trúc thực phẩm để điều chỉnh sự phân tán mùi: Độ nhớt thực phẩm

ảnh hưởng đến nhận thức mùi bởi sự trì hoãn độ phân tán hợp chất mùi và vị(làm giảm tổng thể mùi nhận thức) (Taylor, 2009) Điều chỉnh cấu trúc sảnphẩm thực phẩm nâng cao cung cấp một phương tiện kiểm soát sự phân tánmùi Ví dụ, cấu trúc nhũ tương ảnh hưởng đến sự phân tán hợp chất mùi và vị

Sự phân tán mùi của ester kỵ nước (ví dụ, geranyl acetate) từ nhũ tương có thểđược tăng bằng cách giảm kích thước giọt nhũ tương trong khi duy trì hàmlượng dầu của nhũ tương, mặc dù điều này không được ghi nhận đối với nhiều

ester ưa nước (ví dụ, ethyl butanoate) (Weel et al., 2004) Trong một nghiên cứu

khác, sự nhận thức về độ chua (từ acid citric) của cặp nhũ tương (nước trongdầu trong nước) chứa lượng acid citric cố định được nhận thấy là giảm với việc

tăng thể tích pha nước bên trong (Malone et al., 2003) Sử dụng cấu trúc nhũ

tương khác nhau để thay đổi trạng thái phân tán mùi có tiềm năng đối với ứng

dụng sản phẩm thực phẩm béo thấp Phan et al ( 2008) cho thấy trạng thái phân

tán hợp chất mùi ưa lipid từ nhũ tương cấu trúc nano lipid 5% (vớimonoglyceride) tương tự với nhũ tương dầu trong nước 10% lipid thông thườngđược ổn định bằng natri caseinate

b Cấu trúc thực phẩm để kiểm soát cấu trúc: Cấu trúc thực phẩm là một

yếu tố quan trọng để tạo ra cảm giác ngon miệng (mouthfeel) của thực phẩm,trong số các tính chất khác như diện mạo bên ngoài, và âm thanh trong quá trình

xử lý và tiêu thụ bằng miệng (Wilkinson et al., 2000) Những tính chất lưu biến

của thực phẩm ban đầu và làm thế nào thay đổi nó khi nhai (ví dụ, trạng thái gãycủa thực phẩm rắn, sự phá vỡ tinh bột bởi amylase trong nước bọt, sự kết tụ củahạt dẫn đến tăng độ nhớt) ảnh hưởng đến thuộc tính cảm quan của thực phẩm

(van Aken et al., 2007).

c Cấu trúc thực phẩm để điều chỉnh độ ổn định: Sản phẩm thực phẩm

được yêu cầu duy trì tính ổn định thông qua thời gian bảo quản Kiểm soát cấutrúc micro thực phẩm là một cách mà trong đó những phản ứng hóa học và visinh vật có hại bị trì hoãn (Aguilera, 2005)

Sự ổn định vật lý của nhũ tương, một phần, bị ảnh hưởng bởi tinh thể củapha béo, và sự thay đổi kích thước giọt béo trong nhũ tương có thể làm thay đổitính chất kết tinh của chất béo trong phạm vi giọt hình cầu Điều này chỉ ra rằngnhiệt độ tan chảy và kết tinh của trilaurin (glycerin trilaurate) trong nhũ tươngdầu trong nước (đường kính 40-120 nm) bị giảm so với trilaurin trong

pha số lượng lớn (Higami et al., 2003) Những thao tác này được kỳ vọng ảnh

hưởng đến cấu trúc và độ ổn định của nhũ tương

Nhũ tương chứa hạt đầu chưa bão hòa dễ bị oxy hóa, có thể gây ra mùi ôithiu Cả hai vùng tiếp giáp và tinh chất tiếp giáp của giọt nhũ tương có thể đượcmong đợi góp phần ổn định oxy hóa Điều này dường như không là sự đồngthuận về ảnh hưởng của kích thước giọt dầu nhũ tương đến sự ổn định oxy hóacủa dầu Trong khi vài tác giả phát hiện rằng tốc độ oxy hóa ở nhũ tương dầutrong nước được ổn định albumin huyết thanh bò tăng như là một chức năng của

việc giảm kích thước giọt dầu (Lethuaut et al., 2002), nhưng một số tác giả khác

nhận thấy sự oxy hóa và kích thước giọt dầu không có liên quan nhau (Shimada

et al., 1996) Dimakou et al (2007) khảo sát tác động của tính chất hoạt động bề

mặt đến sự ổn định oxy hóa; nhũ tương ổn định Tween dễ bị oxy hóa hơn so vớinhũ tương ổn định protein Điều này có lẽ do sự khác nhau về cấu trúc phần tiếpgiáp Tuy nhiên, nhiều yếu tố khác, chẳng hạn như tính chất chống oxy hóa củaprotein, có thể không được đánh giá như là yếu tố đóng góp

2.2 Tình hình nghiên cứu trong và ngoài nước

2.2.1 Các nghiên cứu liên quan đến điều kiện thu hoạch và tồn trữ củ tỏi sau thu hoạch

Rajesh and Yu (2010) nghiên cứu ảnh hưởng của các giai đoạn thu hoạchđến sự tổn thất khối lượng và nảy mầm trong suốt quá trình bảo quản ở nhiệt độphòng và được tiến hành trên 2 giống tỏi Great Leaf Black (GLB) và Ho-mei(HM) Củ của 2 giống tỏi này được thu hoạch ở các giai đoạn thu hoạch đượcđịnh nghĩa khác nhau, ví dụ, lá chuyển sang vàng (chưa thuần thục), 50% lá khô(độ thuần thục tối ưu) và 100 lá khô (vượt quá độ thuần thục) Cả 2 giống thểhiện sự biến đổi hình thái học khác biệt ở các giai đoạn thu hoạch Củ tỏi GLBđược thu hoạch khi chưa thuần thục, thể hiện sự tổn thất khối lượng vượt mức,các củ có dạng hình quả trứng, vỏ bọc nhăn nheo và hóa nâu so với HM HMđạt đến độ thuần thục tối ưu thu được tại giai đoạn 50-70% lá bị khô, trong khi

lá khô 100%, củ tỏi bị nứt tách và biến dạng Củ tỏi GLB thu hoạch tại giaiđoạn lá khô 50% đều chưa thuần thục hoàn toàn Sự tổn thất khối lượng của củtỏi chưa thuần thục là rất cao trong suốt quá trình hong khô

Tỏi loại phía Bắc “Seosan” và tỏi loại cận nhiệt đới “Daeseo” được bảoquản trong điều kiện kiểm soát khí quyển (controlled atmosphere, CA) (O2 3%,

CO2 5%, -1 1oC), nhiệt độ thấp (-1 1oC), và nhiệt độ phòng (20 5oC) Tỷ lệ nảymầm, tổn thất khối lượng, hàm lượng acid pyruvic, và mức độ hóa xanh greentrong tỏi nghiền được xác định trong suốt quá trình tồn trữ Tỷ lệ nảy