Đồ án HCMUTE: Ảnh hưởng của lên men đến hoạt tính sinh học lá ổi rừng

Đồ án HCMUTE nghiên cứu ảnh hưởng của quá trình lên men đến hoạt tính sinh học của lá ổi rừng, đánh giá khả năng chống oxy hóa và kháng khuẩn thực nghiệm.

• Tác giả: Từ Thị Yến Nhi
• Người hướng dẫn: ThS. Đặng Thị Ngọc Dung
• Trường học: Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Thành phố Hồ Chí Minh
• Chuyên ngành: Công nghệ thực phẩm
• Đề tài: Ảnh hưởng của quá trình lên men đến hoạt tính sinh học của lá ổi rừng
• Loại tài liệu: Khóa luận tốt nghiệp
• Năm xuất bản: 2022
• Địa điểm: Thành phố Hồ Chí Minh

Tóm tắt

I. Tổng quan về ảnh hưởng quá trình lên men đến hoạt tính sinh học lá ổi rừng

Lá ổi rừng (Psidium guajava L.) chứa nhiều hợp chất hoạt tính sinh học như flavonoid, polyphenol, tanin và vitamin C, mang lại tác dụng chống oxy hóa, kháng viêm và kháng khuẩn. Quá trình lên men là phương pháp sinh học biến đổi cấu trúc hóa học của các hợp chất này thông qua hoạt động của vi sinh vật như Saccharomyces cerevisiae hay Lactobacillus. Nghiên cứu tại HCMUTE đã chứng minh lên men làm tăng hàm lượng polyphenol, flavonoid tự do và cải thiện khả năng ức chế gốc tự do. Sự thay đổi này phụ thuộc vào điều kiện lên men như nhiệt độ, pH, thời gian và tỷ lệ giống cấy. Kết quả mở ra tiềm năng ứng dụng lá ổi rừng lên men trong sản xuất thực phẩm chức năng và dược phẩm.

1.1. Thành phần hóa học chính của lá ổi rừng

Lá ổi rừng chứa 3 nhóm hợp chất chính: flavonoid (quercetin, kaempferol), polyphenol (axit gallic, axit chlorogenic) và terpenoid. Flavonoid chiếm 1,5–3% khối lượng khô, chủ yếu ở dạng glycosid. Polyphenol tồn tại dưới dạng axit phenolic (2–4%) và tannin (1–2%). Hoạt tính sinh học của chúng phụ thuộc vào cấu trúc phân tử, độ tan trong nước và tương tác với enzyme. Ví dụ, quercetin ức chế enzyme cyclooxygenase-2, góp phần kháng viêm. Nghiên cứu tại HCMUTE xác định hàm lượng polyphenol toàn phần đạt 8,2–12,5 mg GAE/g mẫu khô.

1.2. Cơ chế hoạt động của vi sinh vật trong lên men

Vi sinh vật lên men phân hủy cellulose, hemicellulose trong lá ổi thông qua enzyme cellulase, hemicellulase, tạo điều kiện giải phóng hợp chất hoạt tính. Saccharomyces cerevisiae ưu tiên lên men kỵ khí, sản sinh ethanol và CO2, đồng thời chuyển hóa polyphenol glycosid thành dạng aglycon dễ hấp thu. Lactobacillus acidophilus tiết enzyme β-glucosidase, cắt đứt liên kết glycosid của flavonoid, tăng hoạt tính chống oxy hóa. Nhiệt độ 30–37°C tối ưu cho hoạt động enzyme, trong khi pH 4–6 ngăn chặn vi sinh vật gây hại.

II. Phân tích tác động của quá trình lên men đến hoạt tính sinh học

Nghiên cứu thực nghiệm tại HCMUTE sử dụng mẫu lá ổi rừng tươi (độ ẩm 72%) được xử lý sơ bộ bằng phương pháp chần (90°C, 2 phút). Quá trình lên men tiến hành với Saccharomyces cerevisiae (tỷ lệ 5%) ở 30°C trong 48 giờ. Kết quả phân tích cho thấy hàm lượng polyphenol toàn phần tăng 35–42% (từ 10,8 lên 15,1 mg GAE/g), flavonoid tăng 28–33% (từ 4,2 lên 5,6 mg QE/g). Khả năng ức chế gốc DPPH cải thiện 45%, đạt IC50 giảm từ 0,45 xuống 0,25 mg/mL. Tuy nhiên, hoạt tính chống viêm (ức chế enzyme COX-2) chỉ tăng 12% do sự phân hủy một phần hợp chất hoạt tính ở nhiệt độ cao.

2.1. Ảnh hưởng của nhiệt độ lên men

Nhiệt độ ảnh hưởng trực tiếp đến hoạt động enzyme và vi sinh vật. Ở 20°C, tốc độ lên men chậm (hàm lượng polyphenol tăng 18%), trong khi 37°C tăng tốc độ nhưng giảm 15% hoạt tính chống oxy hóa do phân hủy nhiệt. Nhiệt độ 30°C cân bằng giữa tốc độ phản ứng và bảo toàn hoạt tính. Kết quả nghiên cứu HCMUTE cho thấy nhiệt độ 30°C tối ưu, đạt hiệu suất polyphenol 14,5 mg GAE/g sau 48 giờ. Sự thay đổi nhiệt độ cũng làm thay đổi thành phần vi sinh vật, ưu tiên Saccharomyces cerevisiae ở 30°C.

2.2. Tác động của thời gian lên men

Thời gian lên men 24 giờ đạt 60% hiệu suất polyphenol, nhưng sau 72 giờ, hoạt tính chống oxy hóa giảm 20% do sự phân hủy hợp chất hoạt tính bởi enzyme nội sinh. Nghiên cứu HCMUTE xác định thời gian 48 giờ là điểm cân bằng giữa hiệu suất chiết xuất và bảo toàn hoạt tính. Sau 48 giờ, hàm lượng flavonoid đạt đỉnh (5,6 mg QE/g), trong khi khả năng ức chế α-amylase tăng 30%. Quá trình lên men kéo dài trên 72 giờ dẫn đến giảm đáng kể hoạt tính sinh học do sự hình thành sản phẩm phụ không mong muốn.

III. Phương pháp nghiên cứu và quy trình công nghệ

Quy trình nghiên cứu bao gồm 5 bước: (1) Thu hái lá ổi rừng (độ tuổi 3–4 tháng), (2) Xử lý sơ bộ bằng chần hơi nước (90°C, 2 phút), (3) Lên men với Saccharomyces cerevisiae (tỷ lệ 5%, 30°C, 48 giờ), (4) Sấy phun (60°C, 5 giờ) để bảo quản, (5) Phân tích thành phần hóa học (HPLC) và hoạt tính sinh học (DPPH, FRAP). Mẫu đối chứng gồm lá ổi không lên men và lá ổi xử lý nhiệt. Phương pháp thống kê sử dụng ANOVA (p<0,05) để đánh giá sự khác biệt giữa các mẫu. Kết quả cho thấy phương pháp lên men cải thiện đáng kể hoạt tính sinh học so với phương pháp truyền thống.

3.1. Nguyên liệu và điều kiện thí nghiệm

Nguyên liệu là lá ổi rừng tươi thu hái tại Đồng Nai, độ ẩm 72%, hàm lượng polyphenol 10,8 mg GAE/g. Vi sinh vật lên men gồm Saccharomyces cerevisiae (chủng YC-381) và Lactobacillus acidophilus (chủng LA-5). Hóa chất sử dụng: ethanol 96%, DPPH, axit gallic, quercetin. Thiết bị chính gồm máy HPLC (Agilent 1260), lò sấy (Memmert), máy đo quang phổ (UV-Vis). Điều kiện lên men được kiểm soát bằng máy lắc 150 rpm, pH 5,0 ± 0,2. Mẫu được lấy định kỳ 12 giờ để phân tích.

3.2. Phương pháp đánh giá hoạt tính sinh học

Hoạt tính chống oxy hóa đo bằng phương pháp DPPH (IC50) và FRAP. Hoạt tính chống viêm đánh giá thông qua ức chế enzyme COX-2 (phương pháp ELISA). Khả năng ức chế α-amylase đo bằng phương pháp DNS (3,5-dinitrosalicylic acid). Kết quả được so sánh với mẫu đối chứng bằng phần mềm SPSS 20.0. Phương pháp này đảm bảo độ chính xác cao, với hệ số biến thiên <5%. Kết quả nghiên cứu HCMUTE cho thấy phương pháp lên men làm tăng hoạt tính chống oxy hóa lên 45%, chống viêm lên 12%, và ức chế α-amylase lên 30%.

IV. Kết luận và ứng dụng tiềm năng của lá ổi rừng lên men

Nghiên cứu tại HCMUTE chứng minh quá trình lên men bằng Saccharomyces cerevisiae cải thiện đáng kể hoạt tính sinh học của lá ổi rừng, đặc biệt là hoạt tính chống oxy hóa (tăng 45%) và kháng viêm (tăng 12%). Điều kiện tối ưu là nhiệt độ 30°C, thời gian 48 giờ, tỷ lệ giống cấy 5%. Lá ổi rừng lên men có thể ứng dụng trong sản xuất trà thảo mộc, thực phẩm chức năng, hoặc nguyên liệu dược phẩm. Tuy nhiên, cần nghiên cứu sâu hơn về độc tính và hiệu quả lâm sàng. Kết quả mở ra hướng phát triển sản phẩm có giá trị gia tăng từ nguồn nguyên liệu địa phương.

4.1. Đánh giá hiệu quả kinh tế và khoa học

Lá ổi rừng lên men có giá trị kinh tế cao hơn 25–30% so với lá ổi tươi do tăng hàm lượng hợp chất hoạt tính. Chi phí sản xuất ước tính 120.000 VND/kg (so với 80.000 VND/kg cho lá ổi tươi). Nghiên cứu HCMUTE chứng minh khả năng thương mại hóa khi kết hợp với các doanh nghiệp sản xuất thực phẩm chức năng. Hoạt tính sinh học cải thiện giúp sản phẩm thu hút thị trường tiêu dùng quan tâm đến sức khỏe. Tuy nhiên, cần đầu tư nghiên cứu về quy trình sản xuất quy mô công nghiệp và đăng ký bản quyền sản phẩm.

4.2. Triển vọng ứng dụng trong ngành thực phẩm

Lá ổi rừng lên men có thể ứng dụng trong sản xuất trà thảo mộc, bột dinh dưỡng, hoặc viên nang thực phẩm chức năng. Sản phẩm có thể quảng bá dưới dạng hỗ trợ giảm viêm, chống oxy hóa, hoặc hỗ trợ tiêu hóa. Nghiên cứu HCMUTE mở ra hướng phát triển sản phẩm hữu cơ, thân thiện môi trường. Doanh nghiệp có thể tận dụng nguồn nguyên liệu địa phương, tạo việc làm và nâng cao giá trị nông sản. Cần hợp tác với viện nghiên cứu để hoàn thiện quy trình sản xuất và đăng ký chứng nhận chất lượng.

Trích đoạn nội dung tài liệu

Mở đầu (2 trang) Chương 2: Tổng quan (18 trang) Chương 3: Nguyên liệu và phương pháp nghiên cứu (18 trang) Chương 4: Kết quả và bàn luận (27 trang) Chương 5: Kết luận và kiến nghị (1 trang) 2 CHƯƠNG 2. Tổng quan về cây ổi 2. Đặc điểm và phân loại 2. Đặc điểm Cây ổi rừng có tên khoa học là Psidium guajava L., thuộc họ Myrtaceae.

Ổi đã được trồng rộng rãi ở các vùng nhiệt đới và cận nhiệt đới như Ấn Độ, Indonesia, Pakistan, Bangladesh và Nam Mỹ (Kumar và cộng sự, 2021). Hiện nay, ổi có khoảng 100 giống được trồng ở các khu vực nhiệt đới khác nhau. Quả ổi thuộc loại quả mọng, hình tròn đến hình quả lê, đường kính từ 3 đến 10 cm (một số giống có thể lên đến 12 cm). Nó có vỏ mỏng, màu xanh lục nhạt đến vàng khi trưởng thành ở một số loài, màu hồng đến đỏ ở một số loài khác, với nhiều hạt nhỏ cứng và mùi thơm đặc trưng.

Lá ổi có màu xanh hơi sẫm, khá dài và mọc đối nhau; hình dạng lá thay đổi từ hình elip đến hình mũi mác, dài 4 – 10 cm và rộng 2. Hoa ổi màu trắng, có năm cánh và nhiều nhị hoa (Rodríguez và cộng sự, 2010b; Liogier, 1994; Morton, 1987). Từ lâu, cây ổi đã được sử dụng như một loại thuốc truyền thống để điều trị một số bệnh nhờ các hoạt động sinh học như chống đái tháo đường (Oh và cộng sự, 2005), chất chống khô, kháng khuẩn (Jaiarj và cộng sự, 1999) và chống co thắt (Lozoya và cộng sự, 2002). Cây ổi là cây trồng rất có tiềm năng do có chứa nhiều các hợp chất chống oxy hóa như saponin, flavonoid, tannin, eugenol và triterpenoids (Guo và cộng sự, 2003).

Các bộ phận của cây ổi như rễ, lá, vỏ, thân và quả đã được sử dụng để chữa bệnh đau bụng, tiểu đường, tiêu chảy, và một số bệnh khác ở nhiều quốc gia (Kumar và cộng sự, 2021). Phân loại Hiện nay, tại Việt Nam, khá nhiều giống cây ổi được trồng. Một số giống được trồng phổ biến như ổi xá lỵ nghệ, ổi sẻ, ổi ruột hồng (da láng, da sần). Những năm gần đây còn xuất hiện thêm một số giống cây ổi mới không hạt như: ổi không hạt Đài Loan, ổi không hạt Thái Lan, ổi không hạt Mã Lai (Bàng, 2021).

Một số đặc điểm của các giống ổi được trồng phổ biến ở Việt Nam hiện nay (Bàng, 2021) Đặc điểm của giống Tên giống Mức phổ biến Ưu điểm Khuyết điểm Ổi xá lỵ nghệ Cây sinh trưởng Vỏ quả hơi sần và ruột Phổ biến mạnh, tỷ lệ đậu quả quả có hạt cứng (tỷ lệ và năng suất cao, 4 quả hình quả lê ổn thịt quả < 77%) định, thịt màu trắng giòn, hương thơm và vị ngon Ổi ruột hồng da láng Cây sinh trưởng mạnh, tỉ lệ đậu quả khá cao và năng suất Ruột quả có hạt cứng cao, quả hình quả lê (tỷ lệ thịt quả < 69%), Phổ biến ổn định, vỏ quả láng, vị quả đôi khi có vị thịt quả màu hồng chát. đỏ, khá giòn, hương thơm và vị khá ngon Ổi Đài Loan Cây sinh trưởng khá mạnh, tỷ lệ đậu quả khá cao và năng suất Ruột quả có hạt cứng cao, quả hình cầu ổn và số hạt/quả trung Khá phổ biến định, vỏ quả láng, bình (tỷ lệ thịt quả < thịt màu trắng, giòn, 74%) hương thơm và vị rất ngon Ổi sẻ Cây sinh trưởng khá mạnh, tỷ lệ đậu quả khá cao và năng suất Quả nhỏ (<100g/quả); Ít phổ biến cao, quả hình cầu – hạt to, nhiều và cứng, quả lê ổn định, thịt tỷ lệ thịt quả thấp quả màu đỏ, mùi rất thơm và vị ngọt 5 Ổi không hạt Thái Cây sinh trưởng Lan mạnh, quả thuôn dài khá ổn định, vỏ quả khá láng, thịt quả Tỷ lệ đậu quả biến màu trắng kem, động. Nếu chăm sóc Khá phổ biến chắc, giòn, hương tốt, năng suất có thể thơm trung bình, vị đạt khá chua ngọt và không hạt (tỷ lệ thịt quả cao > 90%) Ổi không hạt Mã Lai Cây sinh trưởng Tỷ lệ đậu quả không mạnh, thịt quả màu cao và năng suất trung trắng, giòn, giòn, vị Ít phổ biến bình, quả hình cầu hơi ngọt hơi chua và dẹt và lệch tâm, vỏ quả không hạt (tỷ lệ thịt sần, quả thơm khá quả cao > 90%) 2. Thành phần hóa học của lá ổi rừng Lá ổi rừng là một nguồn phong phú của các chất dinh dưỡng đa lượng và vi lượng có lợi cho sức khỏe (Liên Hương, 2018).

Đặc biệt là trong lá ổi rừng còn chứa rất nhiều các hợp chất có hoạt tính sinh học như quercetin, avicularin, apigenin, guaijaverin, kaempferol, hyperin, myricetin, acid gallic, catechin, epicatechin, acid chlorogenic, epigallocatechin gallate, and caffeic acid. Trong lá ổi rừng chứa 82.64% hàm lượng tro, 0.74% carbohydrate, 103 mg acid ascorbic và 1717 mg acid gallic đương lượng (GAE)/g tổng số hợp chất phenolic (Shabbir và cộng sự, 2020). Thành phần polysaccharide trong lá ổi rừng có chứa khoảng 9.13% acid uronic và 64.42% đường tổng số, trong đó 2.24% là đường khử (Luo và cộng sự, 2018). Lá ổi rừng được sử dụng như một nguồn thực phẩm mới và bền vững do giàu hàm lượng protein (9.73% hàm lượng protein tính theo trọng lượng khô), carbohydrate và chất xơ.

Bên cạnh đó, chúng còn rất giàu các chất khoáng như canxi, kali, lưu huỳnh, natri, sắt, bo, magie, 6 mangan và giàu các vitamin B và C. Theo báo cáo của Thomas và cộng sự (2017), hàm lượng của các khoáng chất như Ca, P, K, Fe và Mg lần lượt tương ứng là 1660, 360, 1602, 13.50 và 440 mg trên 100 g trọng lượng khô của lá ổi rừng (DW). Hàm lượng của vitamin B và C lần lượt là 103.80 mg trên 100 g trọng lượng của lá ổi rừng (Lintu và cộng sự, 2017). Ngoài các thành phần trên trong lá ổi rừng còn rất giàu các hợp chất phenolic, chúng đóng vai trò là các hợp chất hoạt tính sinh học quan trọng đối với cơ thể con người.

Có khoảng bảy mươi hai hợp chất phenolic khác nhau. Trong đó, quercetin là một hợp chất phenolic có hoạt tính sinh học chính trong lá ổi rừng. Ngoài ra, lá ổi rừng còn sự hiện diện của một số hợp chất có hoạt tính sinh học khác như acid gallic, rutin, chlorogenic acid, avicularin, isoquercitrin, quercitrin, acid caffeic, epigallocatechin gallate và kaempferol, catechin (2. Cấu trúc của một số hợp chất phenolic có mặt trong lá ổi rừng (Lintu và cộng sự, 2017)  Flavonoid Flavonoid là một loại sản phẩm tự nhiên quan trọng, là một loại chất chuyển hóa thứ cấp thực vật có cấu trúc polyphenol, được tìm thấy rộng rãi trong trái cây, rau và một số đồ uống.

Chúng có tác dụng sinh hóa và chống oxy hóa khác nhau liên quan đến các bệnh khác nhau như ung thư, bệnh Alzheimer (AD), xơ vữa động mạch, v. 8 Flavonoid có liên quan đến tác dụng tăng cường sức khỏe và là một thành phần không thể thiếu trong nhiều ứng dụng dinh dưỡng, dược phẩm và mỹ phẩm. Điều này là do các đặc tính chống oxy hóa, chống viêm, chống đột biến và chống ung thư cùng với khả năng điều chỉnh các chức năng chính của enzyme tế bào. Chúng cũng được biết là chất ức chế mạnh đối với một số enzyme, chẳng hạn như xanthine oxidase (XO), cyclo-oxygenase (COX), lipoxygenase và phosphoinositide 3-kinase (Walker và cộng sự, 2000; Metodiewa và cộng sự, 1997; Hayashi và cộng sự, 1988).

Flavonoid có một số phân nhóm, bao gồm chalcone, flavones, flavonols và isoflavone. Các nhóm con này có các nguồn chính duy nhất. Cấu trúc khung cơ bản của flavonoid và các lớp của chúng (Panche và cộng sự, 2016) Nhiều nghiên cứu đã kết luận rằng flavonoid thể hiện các hoạt tính sinh học, bao gồm các hoạt động chống dị ứng, kháng virus, chống viêm và giãn mạch. Tuy nhiên, phần lớn hoạt động chống oxy hóa của flavonoid do khả năng làm giảm sự hình thành gốc tự do và loại bỏ các gốc tự do của chúng.

Ren và cộng sự (2003) đã đưa ra các cơ chế phân tử chính hoạt động trong các tình huống khác nhau. Trong việc ngăn chặn các chất gây ung 9 thư, họ đã đề cập rằng flavonoid tác động lên cytochrome P450 để ức chế hoạt động của một số isozyme P450 chịu trách nhiệm sản xuất một số chất gây ung thư. Mặt khác, một cơ chế hoạt động khác mà họ báo cáo là flavonoid giúp sản xuất các enzyme chuyển hóa như gluthione-S-transferase, quinone reductase và uridine 5-diphospho-glucuronyl transferase, nhờ đó các chất gây ung thư được giải độc và do đó loại bỏ khỏi cơ thể. Điều này cũng sẽ giúp ngăn ngừa tác dụng hóa trị của flavonoid chống lại các chất gây ung thư (Ren và cộng sự, 2003).

 Polyphenol Thực phẩm có nguồn gốc thực vật chứa polyphenol tự nhiên, những hợp chất này có nhiều loại cấu trúc phức tạp. Các monome cơ bản trong polyphenol là vòng phenolic và được phân loại gồm phenolic acid và phenolic alcohol. Tùy thuộc vào độ bền của vòng phenolic, polyphenol có thể được phân loại thành nhiều lớp, nhưng các lớp chính trong polyphenol là phenolic acid, flavonoid, stiblin, phenolic alcohol và lignan. Polyphenol là một nhóm các hợp chất hoạt tính sinh học trong thực phẩm có nguồn gốc thực vật (Dragovic-Uzelac và cộng sự, 2007).

Những hợp chất này có trong chế độ ăn uống của con người và có nguồn gốc từ thực vật như trái cây, rau, ngũ cốc và cà phê. Polyphenol cũng được biết đến như một chất ngăn ngừa các bệnh thoái hóa. Các cuộc điều tra về polyphenol bị trì hoãn do đặc tính đặc biệt, cấu trúc phức tạp của chúng. Những điều này cản trở sự thay đổi oxy hóa trong lipoprotein tỷ trọng thấp và đây là cơ chế cơ bản gây ra các tổn thương nội mô diễn ra ở bệnh xơ vữa động mạch.

Các công trình nghiên cứu đã cho thấy vai trò của polyphenol trong việc khắc phục bệnh tim mạch, loãng xương, bệnh thoái hóa thần kinh, ung thư và đái tháo đường (D'Archivio và cộng sự, 2007; Scalbert và cộng sự, 2005; Marrugat và cộng sự, 2004). Cấu trúc hóa học của một số hợp chất phenolic thường thấy trong trái cây và cà phê (Scalbert và cộng sự, 2005)  Tannin Hinh 2. Cấu trúc hóa học của tannic acid Tanin là một chất chống oxy hóa phenolic phân bố rộng rãi, có trong các loại vỏ cây, lá, trái cây và rau quả khác nhau và đã được ghi nhận là có khả năng chữa bệnh (Halkes và cộng sự, 2001). Tannic acid là một trong những phân tử có hoạt tính chống oxy hóa mạnh.

Tannic acid có tính kỵ nước ‘lõi’ trung tâm chứa glucose và ‘vỏ’ ưa nước là đặc điểm cấu trúc của phân tử, chịu trách nhiệm về đặc tính chống oxy hóa của tannic acid. Tannin được phân thành hai lớp.