VẬT LIỆU NANO TINH DẦU TRONG BẢO QUẢN THỰC PHẨM

Chất bảo quản thực phẩm sử dụng hóa chất mà kết hợp với nhiều loại hóa chất có tác dụng khác Chất bảo quản thực phẩm an toàn chất bảo quản nằm danh mục phụ gia thực phẩm phép sử dụng theo quy định Bộ Y Tế Danh mục chất bảo quản an toàn phép sử dụng Việt Nam gồm khoảng 43 chất (theo thông tư số 24/2019/TT-BYT ngày 30/8/2019) 1.2 Lịch sử hình thành Từ lâu trước, người nhận thiết yếu việc bảo quản thực phẩm nên họ tìm cách để giữ cho thực phẩm lâu hư hỏng Từ 5000 năm trước Cơng Ngun, người biết sử dụng phương pháp bảo quản thực phẩm làm khô loại ngũ cốc cất giữ hộp, dùng muối để bảo quản thịt, cá, dùng rượu, giấm để ngâm chua bảo quản thực phẩm,… Đầu kỉ 19, ngành cơng nghiệp hóa học xuất hiện, người ta bắt đầu tổng hợp nhiều chất phụ gia dùng chúng để bảo quản thực phẩm Nhu cầu sử dụng bảo quản thực phẩm người ngày tăng, có nhiều chất bảo quản thực phẩm tổng hợp Chẳng hạn để tránh bột mì bị mốc, người ta cho thêm chất lindane cho malathion, cho thêm propane vào khoai tây khoai tây bảo quản lâu dài hơn, để giúp loại hoa cam cà chua không bị mốc người ta cho thêm diphenyl,… Ngày nay, người tiếp tục nghiên cứu tổng hợp chất bảo quản thực phẩm để giữ cho thực phẩm lâu hư hỏng an toàn với sức khỏe [Thịnh, P T N D (2004) Các chất phụ gia dùng sản xuất thực phẩm Bài giảng sử dụng cho học viên cao học ngành công nghiệp thực phẩm Trường Đại học Bách khoa Hà Nội, Viện Công nghệ Sinh học Cơng nghệ Thực phẩm.] Rất khó để xác định xác vào năm người tìm cách chiết xuất tinh dầu

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HỒ CHÍ MINH

TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN

KHOA HÓA HỌC

BÁO CÁO MÔN HỌC GIỚI THIỆU NGÀNH HÓA HỌC

Đề tài

VẬT LIỆU NANO TINH DẦU TRONG BẢO QUẢN THỰC PHẨM

Mentor: Kim Minh Dương

LỜI CẢM ƠN

Trước tiên với tình cảm sâu sắc và chân thành nhất, cho phép chúng em được bày tỏ lòng biết ơn đến các Thầy Cô Ban Chủ nhiệm Khoa Hóa học đã tạo

cơ hội cho nhóm tiếp cận gần hơn với các hoạt động nghiên cứu khoa học Đây

là một cơ hội tốt cho nhóm chúng em nói riêng và các bạn sinh viên khác nói chung có dịp đào sâu kiến thức, đưa ra ý tưởng, làm quen với các kỹ năng nghiên cứu khoa học và các kỹ năng mềm khác

Chúng em xin gửi lời cảm ơn đến quý Thầy Cô phụ trách môn Giới thiệu ngành Hóa học đã tập trung thời gian và công sức truyền tải vốn kiến thức quý báu cho chúng em trong suốt thời gian thực hiện đề tài Nhờ có những định hướng, góp ý của thầy cô mà chúng em có thể hoàn thành tốt các nội dung được giao

Trong quá trình thực hiện đề tài, nhóm đã nhận được sự quan tâm, giúp

đỡ của anh Kim Minh Dương Chúng em xin gửi lời cảm ơn đến anh vì đã trực tiếp giúp đỡ, quan tâm, hướng dẫn nhóm em hoàn thành tốt đề tài này trong thời gian qua Đồng thời cũng cảm ơn các thành viên trong nhóm đã luôn cố gắng và nỗ lực hết mình để hoàn thành nhiệm vụ một cách tốt nhất

Bài báo cáo thực hiện trong khoảng thời gian 08 tuần Những kết quả nghiên cứu thu được của chúng em mới chỉ là bước đầu trong nghiên cứu khoa học nên không tránh khỏi những thiếu sót, nhóm em rất mong nhận được những ý kiến đóng góp quý báu của Thầy Cô để kiến thức của nhóm em trong lĩnh vực này được hoàn thiện hơn đồng thời có điều kiện bổ sung, nâng cao kĩ năng của mình

Chúng em xin chân thành cảm ơn!

Nhóm tác giả

1

MỤC LỤC Trang

2.3 Tổng hợp tinh dầu

3 Vật liệu nano tinh dầu trong bảo quản thực phẩm 1

DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT

DANH MỤC HÌNH ẢNH

Trang Hình

DANH MỤC BẢNG BIỂU

MỞ ĐẦU

ABC

PHẦN 1 NỘI DUNG NGHIÊN CỨU

1 Chất bảo quản thực phẩm

1.1 Khái niệm

Bảo quản thực phẩm gồm các hành động giữ cho thực phẩm không bị biến đổi chất, không hư hỏng, không biến dạng, không biến đổi cấu trúc, hương vị, màu sắc, thành phần và nồng độ trong nguyên liệu, bán thành phẩm, thành phẩm hoặc gồm các bước chế biến thực phẩm khác nhau để duy trì chất lượng thực phẩm ở mức mong muốn, nhằm đạt được lợi ích và giá trị dinh dưỡng tối đa [Phạm Bảo, N (2017) Nguyên lý bảo quản và chế biến thực phẩm, Đại học Trà Vinh.]

[Amit, S K., Uddin, M M., Rahman, R., Islam, S R., & Khan, M S (2017) A review on mechanisms and commercial aspects of food preservation and processing Agriculture & Food Security, 6(1), 1-22.]

Chất bảo quản thực phẩm là các chất phụ gia thực phẩm có nguồn gốc tự nhiên hoặc tổng hợp, được chủ động thêm vào thực phẩm, có tác dụng ức chế hay làm chậm quá trình thoái hóa, hư hỏng thực phẩm do sự phát triển của vi sinh vật, nấm mốc, hoạt động của enzym và quá trình oxy hóa

[Gokoglu, N (2019) Novel natural food preservatives and applications in seafood preservation: A review Journal of the Science of Food and Agriculture, 99(5), 2068-2077.] Chất bảo quản thực phẩm có thể sử dụng như một hóa chất duy nhất mà cũng

có thể trong kết hợp với nhiều loại hóa chất có các tác dụng khác

Chất bảo quản thực phẩm an toàn là những chất bảo quản nằm trong danh mục phụ gia thực phẩm được phép sử dụng theo quy định của Bộ Y Tế Danh mục chất bảo quản an toàn được phép sử dụng tại Việt Nam gồm khoảng 43 chất (theo thông tư số 24/2019/TT-BYT ngày 30/8/2019)

1.2 Lịch sử hình thành

Từ rất lâu về trước, con người đã nhận ra sự thiết yếu của việc bảo quản thực phẩm nên họ đã tìm cách để giữ cho thực phẩm lâu hư hỏng nhất có thể

Từ 5000 năm trước Công Nguyên, con người đã biết sử dụng các phương pháp bảo quản thực phẩm như làm khô các loại ngũ cốc và cất giữ trong hộp, dùng muối để bảo quản thịt, cá, dùng rượu, giấm để ngâm chua và bảo quản thực phẩm,…

Đầu thế kỉ 19, ngành công nghiệp hóa học xuất hiện, người ta bắt đầu tổng hợp được nhiều chất phụ gia và dùng chúng để bảo quản thực phẩm

Nhu cầu sử dụng và bảo quản thực phẩm của con người ngày càng tăng, vì vậy càng có nhiều chất bảo quản thực phẩm được tổng hợp Chẳng hạn để tránh bột mì bị mốc, người ta cho thêm chất lindane hoặc cho malathion, nếu cho thêm propane vào khoai tây thì khoai tây sẽ được bảo quản lâu dài hơn, để giúp các loại hoa quả như cam và cà chua không bị mốc người ta cho thêm diphenyl,…

Ngày nay, con người vẫn đang tiếp tục nghiên cứu và tổng hợp các chất bảo quản thực phẩm để có thể giữ cho thực phẩm lâu hư hỏng và an toàn với sức khỏe

[Thịnh, P T N D (2004) Các chất phụ gia dùng trong sản xuất thực phẩm Bài giảng sử dụng cho học viên cao học ngành công nghiệp thực phẩm Trường Đại học Bách khoa Hà Nội, Viện Công nghệ Sinh học và Công nghệ Thực phẩm.]

Rất khó để xác định được chính xác vào năm nào con người đã tìm được cách chiết xuất tinh dầu Chỉ biết tinh dầu lần đầu tiên được đem đến Châu Âu bởi người Ả Rập vào thế kỉ thứ 9 Đến thế kỉ 16, các loại tinh dầu và phương pháp tách chiết chúng từ các loại nước thơm cũng dần được biết đến nhiều hơn, cùng lúc đó tinh dầu cũng được thương mại hóa với các ngành công nghiệp, trị liệu và mỹ phẩm Vào cuối thế kỉ thứ 19, các nhà khoa học đã có thể

cô lập và tái tạo lại các phân tử hoạt động của tinh dầu trong nước hoa, trị liệu

và các ngành công nghiệp

[Hanif, M A., Nisar, S., Khan, G S., Mushtaq, Z., & Zubair, M (2019) Essential oils In

Essential oil research (pp 3-17) Springer, Cham.]

1.3 Tính chất

Hiện nay trên thị trường có nhiều loại chất bảo quản khác nhau, có thể chia các loại này thành 3 nhóm, gồm nhóm chất chống oxy hóa, nhóm chất kháng sinh, nhóm các loại hóa chất để giữ tươi

Chất chống oxy hóa như tocopherol, dẫn xuất của propyl ester, làm chậm

đi sự phát triển của quá trình ôi thiu trong các thực phẩm có chứa dầu mỡ, chất béo Chất kháng sinh sẽ ngăn chặn sự phát triển của vi khuẩn có hại trong các loại thực phẩm đóng hộp Chất diệt nấm giúp ức chế sự phát triển của nấm mốc trong các hoa quả tươi, phô mai, bánh mì, trái cây khô Chất giữ ẩm giúp duy trì độ ẩm cần thiết cho các loại thực phẩm

Các chất được sử dụng trong các nhóm chất bảo quản này phải là các chất không độc, giữ cho thực phẩm không bị biến đổi chất lượng, không làm thực phẩm thay đổi cấu trúc, có khả năng hòa tan cũng như không làm thay đổi hương vị, màu sắc, thành phần và nồng độ trong nguyên liệu để làm nên thực phẩm

[Phạm Bảo, N (2017) Tài liệu giảng dạy môn nguyên lý bảo quản và chế biến thực phẩm Trường đại học Trà Vinh]

2 Tinh dầu:

2.1 Khái niệm

Hiện nay có một số quan niệm khác nhau về tinh dầu Amorati cho rằng tinh dầu là các chất lỏng tự nhiên, dễ bay hơi, có mùi thơm thu được từ thực vật, một số người khác thì cho rằng tinh dầu là sản phẩm thứ cấp trong quá trình trao đổi chất trong thực vật (Protzen 1993; Grassmann and Elstner 2003; Schmidt 2010; Sell 2010) Theo Martin Petozilka và Charles Ehret, tinh dầu là sản phẩm thu được bằng phương pháp chưng cất lôi cuốn hơi nước từ nguyên liệu thực vật Quan niệm này cho đến nay được nhiều người thừa nhận hơn cả [Văn, N H (2013) Tinh dầu, hương liệu-Phương pháp nghiên cứu và ứng dụng, Nhà xuất bản Đại học Quốc gia Hà Nội.]

[Turek, C., & Stintzing, F C (2013) Stability of essential oils: a review Comprehensive reviews in food science and food safety, 12(1), 40-53.]

[Amorati, R., Foti, M C., & Valgimigli, L (2013) Antioxidant activity of essential oils Journal

of agricultural and food chemistry, 61(46), 10835-10847.]

2.2 Hoạt tính sinh học

Hiện nay, tinh dầu được biết đến như một chất phụ gia thực phẩm, ví dụ

như chất kháng khuẩn, chất chống oxy hóa, Trong lĩnh vực y học và an toàn thực phẩm, tinh dầu còn được dùng như chất kháng nấm và vi sinh vật gây bệnh

2.2.1 Kháng khuẩn (Antibacterial)

Nhiều loại tinh dầu được biết đến với đặc tính kháng khuẩn Trong nhiều trường hợp, hoạt tính này là do sự hiện diện của các thành phần hoạt động, chủ yếu ở dạng phản ứng với isoprenes như monoterpenes, sesquiterpenes and liên quan đến alcohols, hydrocarbons khác và phenols Đặc tính ưa béo của khung hydrocacbon và đặc tính ưa nước của các nhóm chức có tầm quan trọng trong hoạt động kháng khuẩn của các thành phần tinh dầu

[Saad, N Y., Muller, C D., & Lobstein, A (2013) Major bioactivities and mechanism of action of essential oils

and their components Flavour and Fragrance Journal, 28(5), 269-279.]

Để định danh được hợp chất tinh dầu có khả năng kháng khuẩn tốt nhất là một việc khó khăn vì tinh dầu là hỗn hợp của nhiều loại thành phần khác nhau

và tùy thuộc vào phương pháp ly trích, tách chiết tinh dầu cũng như là mùa thu hoạch Một số hợp chất quan trọng của tinh dầu là mono và sesquiterpenes, carbohydrate, phenol, rượu, ete, andehit và xeton Các hợp chất phenolic cũng

đã được công nhận là có hoạt tính sinh học

Một số cơ chế tác động của tinh dầu lên vi khuẩn:

Hình Cơ chế tác động của tinh dầu lên vi sinh vật

2.2.2 Kháng nấm (Antifungal)

Tinh dầu có khả năng kháng nấm rõ rệt Những tác dụng ức chế này được quan sát thấy trên các loại nấm khác nhau như nấm da, nấm mốc, nấm men Trong những năm gần đây, tiềm năng kháng nấm của tinh dầu được coi là quan trọng đáng kể

Các hoạt tính chống nấm của tinh dầu có liên quan đến sự phân hủy của sợi nấm do các hợp chất mono- và sesquiterpene có trong tinh dầu Hơn nữa, tinh dầu khuếch đại tính thấm của màng; vì các hợp chất như vậy có thể hòa tan trong màng tế bào và gây sưng màng, do đó làm giảm chức năng của màng (Dorman và Deans, 2000 ) Ngoài ra, đặc tính ưa béo của tinh dầu chịu trách nhiệm cho hoạt động chống nấm của chúng vì đặc tính đó cho chúng khả năng xuyên qua thành tế bào và ảnh hưởng đến các enzym tham gia vào quá trình tổng hợp thành tế bào, do đó làm thay đổi các đặc điểm hình thái của nấm (Cox

và cộng sự, 2000)

[Pandey, A K., Kumar, P., Singh, P., Tripathi, N N., & Bajpai, V K (2017) Essential oils: Sources of

antimicrobials and food preservatives Frontiers in microbiology, 7, 2161.]

Các đặc tính kháng nấm của tinh dầu từ hoa oải hương, bạc hà, húng quế,

xô thơm, cỏ xạ hương và cỏ roi ngựa đã được thử nghiệm chống lại một số thực phẩm hư hỏng và nấm gây bệnh Các hoạt động chống nấm tốt nhất được thể hiện ở dầu cỏ xạ hương và cỏ roi ngựa

[Böhme, K., Barros-Velázquez, J., Calo-Mata, P., & Aubourg, S P (2014) Antibacterial, antiviral and antifungal activity of essential oils: Mechanisms and applications In Antimicrobial compounds (pp 51-81) Springer, Berlin, Heidelberg.]

2.2.3 Chống oxy hóa (Antioxidant)

Khả năng chống oxy hóa của tinh dầu chủ yếu phụ thuộc vào thành phần hóa học của chúng Một số hợp chất trong tinh dầu có cấu trúc giống với phenol thực vật, nổi tiếng với hoạt tính chống oxy hóa, trong số đó thymol và carvacrol được báo cáo là có hiệu quả cao nhất Vì thế tinh dầu hoạt động như một chất chống oxy hóa tự nhiên tiềm năng, chẳng hạn như ngăn chặn sự bắt đầu chuỗi, loại bỏ gốc tự do, chất khử; kết thúc quá trình oxy hóa; ngăn cản sự hấp thụ hydro cũng như chấm dứt sự hình thành oxy đơn lẻ Với những chức năng đó, tinh dầu có thể sử dụng để chống lại sự oxy hóa lipid trong thực phẩm

[Tongnuanchan, P., & Benjakul, S (2014) Essential oils: extraction, bioactivities, and their uses for food

preservation Journal of food science, 79(7), R1231-R1249.]

Tinh dầu chiết xuất từ thực vật truyền thống như Achillea Filipendulina (Cúc vạn diệp), Galagania fragrantissima, , Anethum graveolens (Thì là), Mentha

longifolia (Bạc hà),… là nguồn cung cấp phong phú monoterpene oxy như aldehyde, xeton,… Ngoài ra, các hiđrocacbon monoterpen ( A absinthi và A.scoparia ) và các terpenoid phenolic, chẳng hạn như thymol hoặc carvacrol (O tyttanthum và Mentha longifolia) là những hợp chất hóa học chính dẫn đến các hoạt động chống oxy hóa mạnh nhất

[Bhavaniramya, S., Vishnupriya, S., Al-Aboody, M S., Vijayakumar, R., & Baskaran, D (2019) Role of essential

oils in food safety: Antimicrobial and antioxidant applications Grain & oil science and technology, 2(2), 49-55.]

2.3 Ly trích tinh dầu

2.3.1 Phương pháp ép:

Phương pháp này áp dụng cho các loại quả có phần tinh dầu nằm ở lớp vỏ (cam, chanh, bưởi…) Túi tinh dầu ở lớp vỏ ngoài của các loại quả này dễ bị bật

ra khi bị cọ xát Do đó, ta gọt lớp vỏ rồi cho vào máy ép để thu tinh dầu

Với phương pháp này, trong phần bã vỏ luôn còn 30-40% tinh dầu nên sau

đó người ta thường dùng các phương pháp khác để lấy lượng tinh dầu còn lại

[ Lê Ngọc Thạch (2003) Tinh dầu Nhà xuất bản Đại học Quốc gia TP Hồ Chí Minh ]

2.3.2 Phương pháp hấp thụ:

Phương pháp này được tiến hành bằng cách trộn nguyên liệu thực vật với chất hấp thụ (tiêu biểu là than hoạt tính) hoặc rải nguyên liệu thực vật lên một lớp chất hấp thụ Khi ta thổi một luồng khí vào giữa nguyên liệu thực vật (thường là cánh hoa), tinh dầu trong cánh hoa sẽ bốc hơi theo luồng khí Ta dẫn luồng khí qua than hoạt tính, than sẽ hấp thụ tinh dầu Sau đó dùng dung môi (ethanol) để ly trích tinh dầu

[ Lê Ngọc Thạch (2003) Tinh dầu Nhà xuất bản Đại học Quốc gia TP Hồ Chí Minh ]

2.3.3 Phương pháp chưng cất hơi nước:

Qua quá trình đun nóng bằng hơi nước, cấu trúc tế bào của nguyên liệu thực vật bị phá vỡ, giải phóng hơi tinh dầu Lượng hơi tinh dầu được dẫn qua ống sinh hàn, sau đó ngưng tụ lại thành tinh dầu dạng lỏng

Tuy nhiên, phương pháp này có thể làm biến đổi tính chất của một số loại tinh dầu do tác động của nhiệt độ cao

Hình Sơ đồ minh họa chưng cất bằng hơi nước

(Nguồn: Tongnuanchan, P., & Benjakul, S., 2014)

[Tongnuanchan, P., & Benjakul, S (2014) Essential oils: extraction, bioactivities, and their uses for food

preservation Journal of food science, 79(7), R1231-R1249.]

2.3.4 Phương pháp vi sóng:

Trong phương pháp này, nguyên liệu thực vật được ngâm trong dung môi và tiếp xúc với năng lượng vi sóng Khi nguyên liệu thực vật nóng lên, áp suất trong thành tế bào tăng dẫn đến cấu trúc tế bào của nguyên liệu thực vật

bị phá vỡ, từ đó giải phóng hơi tinh dầu Hơi tinh dầu bị lôi cuốn theo hơi nước rồi được dẫn qua ống sinh hàn và ngưng tụ thành tinh dầu dạng lỏng

Phương pháp vi sóng giúp tăng năng suất, giảm thời gian chiết xuất tinh dầu và chi phí thấp Tuy nhiên, phương pháp này không mấy thân thiện với môi trường do yêu cầu lượng dung môi hữu cơ lớn

[Fokou, J B H., Dongmo, P M J., & Boyom, F F (2020) Essential Oil’s Chemical Composition and

Pharmacological Properties In Essential Oils-Oils of Nature IntechOpen]

2.3.5 Phương pháp chiết CO2 lỏng:

Trong phương pháp này, CO2 lỏng được sử dụng làm dung môi Chiết CO2 lỏng có thể tạo ra tinh dầu chất lượng cao bởi vì CO2 hoàn toàn vô hại và không làm thay đổi tính chất của tinh dầu do không có tác động về nhiệt độ CO2 lỏng

có vai trò hòa tan tinh dầu trong nguyên liệu thực vật Sau đó CO2 lỏng được đưa về áp suất tự nhiên, trở thành khí CO2 Chất lỏng còn lại là tinh dầu

[UNTAPPING THE POWER OF NATURE: ESSENTIAL OIL EXTRACTION METHODS - New Directions Aromatics]

2.4 Ưu điểm và nhược điểm của tinh dầu trong bảo quản thực phẩm:

2.4.1 Ưu điểm: