Luận Văn Thạc Sĩ: Khảo Sát Chất Chống Oxy Hóa Trong Quá Trình Lên Men Lactic Cà Tím Solanum Melongena

• Tác giả: Nguyễn Thị Ngân
• Người hướng dẫn: PGS.S Đống Thị Anh Đào
• Trường học: Đại học Bách Khoa, Đại học Quốc gia TP. HCM
• Chuyên ngành: Công nghệ thực phẩm và đồ uống
• Đề tài: Khảo sát một số chất chống oxy hóa của quá trình lên men lactic cà tím Solanum melongena
• Loại tài liệu: luận văn thạc sĩ
• Năm xuất bản: 2012
• Địa điểm: TP. Hồ Chí Minh

• LỜI CAM ĐOAN
• TÓM TẮT LUẬN VĂN
• 1. CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU CHUNG VỀ CÀ TÍM
• 1.1. PHÂN LOẠI KHOA HỌC
• 1.2. ĐẶC ĐIỂM THỰC VẬT HỌC
• 1.3. CÁCH TRỒNG VÀ THU HOẠCH
• 1.4. THÀNH PHẦN HÓA HỌC
• 1.4.1. Thành phần dinh dưỡng
• 1.4.2. Hợp chất hóa học trong cà tím
• 1.5. TÌNH HÌNH SỬ DỤNG CÀ TÍM Ở VIỆT NAM VÀ TRÊN THẾ GIỚI
• 1.6. TỔNG QUAN VỀ VI KHUẨN LACTIC VÀ QUÁ TRÌNH LÊN MEN LACTIC
• 1.7. ĐẶC ĐIỂM VI KHUẨN LACTOBACILLUS ACIDOPHILUS
• 1.7.1. Đặc điểm hình thái
• 1.7.2. Đặc điểm sinh lý sinh hóa và nhu cầu dinh dưỡng
• 1.7.3. Vai trò của L. acidophilus
• 2. NGUYÊN LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
• 2.1. NGUYÊN LIỆU, THIẾT BỊ DỤNG CỤ HÓA CHẤT
• 2.1.1. Thiết bị và dụng cụ
• 2.1.2. Giống vi khuẩn lactic
• 2.1.3. Môi trường sử dụng nghiên cứu
• 2.2. QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ VÀ GIẢI THÍCH QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ
• 2.2.1. THUYẾT MINH SƠ ĐỒ NGHIÊN CỨU
• 2.2.2. Khảo sát nguyên liệu
• 2.2.3. Khảo sát quá trình xử lý chống hóa nâu
• 2.2.4. Khảo sát quá trình lên men
• 2.3. CÁC PHƯƠNG PHÁP PHÂN TÍCH
• 2.3.1. Xác định hàm lượng các hợp chất polyphenol
• 2.3.2. Xác định hoạt tính chống oxy hóa tổng
• 2.3.3. Xác định hàm lượng acid tổng
• 2.3.4. Phương pháp xác định mật độ tế bào bằng Phương pháp đo mật độ quang OD 610 nm
• 2.3.5. Chuẩn bị sinh khối
• 2.3.6. Xác định hàm lượng Cellulose
• 2.3.7. Phương pháp đánh giá cảm quan
• 2.3.8. Phương pháp kiểm tra chỉ tiêu vi sinh
• 2.4. PHƯƠNG PHÁP THỐNG KÊ VÀ XỬ LÝ SỐ LIỆU
• 3. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN
• 3.1. KHẢO SÁT NGUYÊN LIỆU
• 3.1.1. So sánh hàm lượng polyphenol tổng và hoạt tính chống oxy hóa tổng của hai loại nguyên liệu
• 3.1.2. Thành phần hóa học của nguyên liệu cà tím
• 3.2. KHẢO SÁT QUÁ TRÌNH XỬ LÝ CHỐNG HÓA NÂU CÀ TÍM
• 3.2.1. Xử lý nâu hóa bằng cách ngâm trong dung dịch vitamin C
• 3.2.2. Xử lý nâu hóa bằng cách ngâm trong dung dịch acid citric
• 3.2.3. Khảo sát quá trình chần
• 3.2.4. So sánh tổng hàm lượng polyphenol và hoạt tính chống oxy hóa tổng của 3 phương pháp xử lý chống hóa nâu
• 3.3. KHẢO SÁT QUÁ TRÌNH LÊN MEN
• 3.3.1. Khảo sát ảnh hưởng của nồng độ muối
• 3.3.2. Ảnh hưởng của tỷ lệ giống vi khuẩn L.acidophillus bổ sung
• 3.4. KIỂM TRA CHỈ TIÊU VI SINH
• TÀI LIỆU THAM KHẢO

I. Chất chống oxy hóa trong cà tím Solanum melongena

Chất chống oxy hóa là hợp chất quan trọng trong cà tím Solanum melongena, đặc biệt là các polyphenol và anthocyanin. Các nghiên cứu chỉ ra rằng cà tím có hàm lượng chất chống oxy hóa cao, đặc biệt là ở phần vỏ. Nasunin, một loại anthocyanin trong vỏ cà tím, được đánh giá có hoạt tính chống oxy hóa mạnh, bảo vệ tế bào khỏi các gốc tự do. Chất chống oxy hóa trong cà tím không chỉ giúp ngăn ngừa bệnh tim mạch, ung thư mà còn có tác dụng chống lão hóa.

1.1. Hợp chất polyphenol trong cà tím

Polyphenol là nhóm hợp chất chính trong cà tím, bao gồm chlorogenic acid, caffeic acid, và p-coumaric acid. Các hợp chất này có khả năng ức chế enzyme liên quan đến bệnh tiểu đường và cao huyết áp. Polyphenol trong cà tím tập trung nhiều ở phần vỏ, với hàm lượng cao hơn so với phần thịt quả. Điều này khẳng định tầm quan trọng của việc giữ lại vỏ trong quá trình chế biến để tối ưu hóa lợi ích sức khỏe.

1.2. Anthocyanin và nasunin

Nasunin, một loại anthocyanin trong vỏ cà tím, có cấu trúc hóa học đặc biệt giúp bảo vệ màng tế bào não khỏi sự tấn công của các gốc tự do. Nasunin cũng có khả năng chống oxy hóa lipid mạnh, giúp ngăn ngừa các bệnh liên quan đến oxy hóa. Sự hiện diện của nasunin trong cà tím không chỉ tạo nên màu sắc đặc trưng mà còn mang lại giá trị dinh dưỡng cao.

II. Quá trình lên men lactic và ảnh hưởng đến chất chống oxy hóa

Quá trình lên men lactic là phương pháp hiệu quả để tăng cường chất chống oxy hóa trong cà tím. Nghiên cứu chỉ ra rằng việc bổ sung Lactobacillus acidophilus trong quá trình lên men giúp tăng đáng kể hàm lượng polyphenol và hoạt tính chống oxy hóa. Quá trình lên men cũng làm tăng hàm lượng acid lactic, góp phần cải thiện chất lượng và giá trị dinh dưỡng của sản phẩm.

2.1. Ảnh hưởng của nồng độ muối

Nồng độ muối 3% được xác định là tối ưu cho quá trình lên men lactic của cà tím. Ở nồng độ này, hàm lượng polyphenol và hoạt tính chống oxy hóa đạt mức cao nhất vào ngày thứ 3 của quá trình lên men. Điều này cho thấy vai trò quan trọng của muối trong việc điều chỉnh môi trường lên men và tối ưu hóa hiệu quả của quá trình.

2.2. Tác động của vi khuẩn lactic

Việc bổ sung Lactobacillus acidophilus với tỷ lệ 1x10^10 tế bào/ml giúp tăng cường hoạt tính chống oxy hóa và hàm lượng polyphenol trong cà tím lên men. Vi khuẩn lactic không chỉ thúc đẩy quá trình lên men mà còn góp phần tạo ra các hợp chất có lợi cho sức khỏe, như acid lactic và các chất chống oxy hóa khác.

III. Phương pháp xử lý chống hóa nâu

Xử lý chống hóa nâu là bước quan trọng trong quá trình chế biến cà tím. Nghiên cứu chỉ ra rằng việc ngâm cà tím trong dung dịch vitamin C 0,5% trong 5 phút giúp duy trì hàm lượng polyphenol và hoạt tính chống oxy hóa cao nhất. Phương pháp này không chỉ hiệu quả mà còn an toàn, không ảnh hưởng đến chất lượng sản phẩm.

3.1. So sánh các phương pháp xử lý

Các phương pháp xử lý chống hóa nâu như ngâm trong vitamin C, acid citric, và chần được so sánh về hiệu quả. Kết quả cho thấy ngâm trong vitamin C mang lại hiệu quả cao nhất trong việc bảo tồn chất chống oxy hóa và polyphenol. Phương pháp này được khuyến nghị sử dụng trong quy trình chế biến cà tím.

IV. Ứng dụng thực tiễn và kết luận

Nghiên cứu về chất chống oxy hóa trong quá trình lên men lactic cà tím Solanum melongena mang lại nhiều giá trị thực tiễn. Các kết quả nghiên cứu có thể ứng dụng trong việc sản xuất các sản phẩm lên men từ cà tím, giúp tăng cường giá trị dinh dưỡng và lợi ích sức khỏe. Quá trình lên men lactic và xử lý chống hóa nâu là những phương pháp hiệu quả để tối ưu hóa hàm lượng chất chống oxy hóa trong cà tím.

4.1. Giá trị thực tiễn

Nghiên cứu này cung cấp cơ sở khoa học cho việc phát triển các sản phẩm lên men từ cà tím, đặc biệt là trong ngành công nghiệp thực phẩm. Việc tối ưu hóa quá trình lên men và xử lý chống hóa nâu giúp tạo ra các sản phẩm giàu chất chống oxy hóa, đáp ứng nhu cầu ngày càng cao của người tiêu dùng về thực phẩm lành mạnh.

Tổng quan nghiên cứu

Cà tím (Solanum melongena L.) là một loại rau quả phổ biến ở các nước nhiệt đới và cận nhiệt đới, được biết đến với hàm lượng polyphenol và hoạt tính chống oxy hóa cao, đặc biệt trong phần vỏ. Theo ước tính, cà tím đứng trong tốp mười loại rau quả có khả năng chống oxy hóa mạnh nhờ chứa nhiều hợp chất phenolic và flavonoid. Tuy nhiên, quá trình chế biến và bảo quản cà tím thường gặp phải hiện tượng hóa nâu do hoạt động của enzyme polyphenol oxidase, làm giảm giá trị dinh dưỡng và chất lượng sản phẩm. Lên men lactic là một phương pháp chế biến truyền thống giúp tăng cường giá trị dinh dưỡng và hoạt tính sinh học của rau quả, trong đó có cà tím.

Mục tiêu nghiên cứu tập trung khảo sát biến đổi các chất chống oxy hóa trong quá trình xử lý chống hóa nâu và lên men lactic cà tím Solanum melongena, nhằm tối ưu hóa quy trình chế biến để giữ lại hàm lượng polyphenol và hoạt tính chống oxy hóa cao nhất. Nghiên cứu được thực hiện trên nguyên liệu cà tím vỏ đen có nguồn gốc từ Đà Lạt, trong phạm vi thời gian lên men từ 1 đến 5 ngày, với các điều kiện xử lý khác nhau như nồng độ vitamin C, acid citric, nồng độ muối và tỷ lệ vi khuẩn Lactobacillus acidophilus bổ sung.

Ý nghĩa của nghiên cứu thể hiện qua việc nâng cao chất lượng sản phẩm cà tím lên men lactic, góp phần phát triển các sản phẩm thực phẩm chức năng giàu chất chống oxy hóa, đồng thời mở rộng ứng dụng công nghệ lên men trong ngành công nghệ thực phẩm và đồ uống.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Nghiên cứu dựa trên hai lý thuyết chính: lý thuyết về hoạt tính chống oxy hóa của polyphenol và flavonoid trong rau quả, và mô hình lên men lactic sử dụng vi khuẩn Lactobacillus acidophilus. Polyphenol là nhóm hợp chất phenol có khả năng ức chế các gốc tự do, bảo vệ tế bào khỏi tổn thương oxy hóa, trong đó anthocyanin như nasunin trong vỏ cà tím có hoạt tính chống oxy hóa mạnh. Lên men lactic là quá trình chuyển hóa đường thành acid lactic nhờ vi sinh vật, làm giảm pH môi trường, tạo điều kiện bảo quản và tăng giá trị dinh dưỡng sản phẩm.

Ba khái niệm chính được áp dụng gồm:

• Tổng hàm lượng polyphenol (TPC): chỉ số đo lượng polyphenol trong mẫu, được xác định bằng phương pháp Folin-Ciocalteu.
• Hoạt tính chống oxy hóa tổng (FRAP): đo khả năng khử oxy hóa của mẫu, được đánh giá bằng phương pháp FRAP với chuẩn Trolox.
• Quá trình lên men lactic: sự phát triển của Lactobacillus acidophilus trong môi trường có nồng độ muối và đường nhất định, ảnh hưởng đến biến đổi hóa học của nguyên liệu.

Phương pháp nghiên cứu

Nguồn dữ liệu chính là nguyên liệu cà tím vỏ đen thu hoạch tại Đà Lạt, được xử lý và lên men trong phòng thí nghiệm của Trường Đại học Bách Khoa TP. HCM. Cỡ mẫu nghiên cứu gồm các lô cà tím được cắt lát 1 cm, xử lý chống hóa nâu bằng ngâm trong dung dịch vitamin C (0,3-0,8%) hoặc acid citric (0,1-0,3%) với thời gian 5-10 phút, hoặc chần ở nhiệt độ 60-70°C trong 0-3 phút.

Phương pháp phân tích bao gồm:

• Xác định tổng hàm lượng polyphenol bằng phương pháp Folin-Ciocalteu, đo hấp thụ ở bước sóng 765 nm.
• Đánh giá hoạt tính chống oxy hóa tổng bằng phương pháp FRAP, đo hấp thụ ở bước sóng 593 nm.
• Xác định mật độ tế bào vi khuẩn bằng đo quang OD 610 nm.
• Đo pH và hàm lượng acid tổng trong dịch lên men.
• Kiểm tra chỉ tiêu vi sinh theo quy định của Bộ Y tế.

Timeline nghiên cứu kéo dài trong 5 ngày lên men lactic, với các bước khảo sát ảnh hưởng của nồng độ muối (3% và 5%), tỷ lệ vi khuẩn Lactobacillus acidophilus (0 - 1,5x10^10 tế bào/ml), và thời gian lên men (1-5 ngày). Dữ liệu được xử lý thống kê bằng phần mềm Excel và Stargraphic 7.0, với ít nhất 3 lần lặp lại cho mỗi nghiệm thức.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

1. So sánh nguyên liệu cà tím vỏ đen và vỏ tím: Cà tím vỏ đen có tổng hàm lượng polyphenol đạt khoảng 298 mg GAE/L, cao hơn 23,6% so với cà tím vỏ tím (241 mg GAE/L). Hoạt tính chống oxy hóa tổng của vỏ đen là 1,006 mM TE/L, cao hơn 9,5% so với vỏ tím (0,919 mM TE/L). Do đó, cà tím vỏ đen được chọn làm nguyên liệu chính.

2. Ảnh hưởng của nồng độ vitamin C đến hoạt tính chống oxy hóa tổng: Hoạt tính chống oxy hóa tăng dần khi tăng nồng độ vitamin C từ 0% đến 0,5%, đạt đỉnh 2,136 mM TE/L, cao hơn 73% so với mẫu đối chứng không ngâm vitamin C (1,235 mM TE/L). Khi nồng độ vitamin C vượt quá 0,5%, hoạt tính giảm nhẹ nhưng vẫn cao hơn mẫu đối chứng.

3. Ảnh hưởng của thời gian ngâm vitamin C: Thời gian ngâm 5 phút cho hoạt tính chống oxy hóa cao nhất (2,039 mM TE/L), giảm dần khi ngâm 7 và 10 phút (1,857 và 1,690 mM TE/L). Điều này do vitamin C bị oxy hóa và anthocyanin hòa tan vào dung dịch ngâm theo thời gian.

4. Ảnh hưởng của nồng độ muối trong quá trình lên men: Nồng độ muối 3% cho tổng hàm lượng polyphenol cao nhất vào ngày lên men thứ 3, đạt 865,692 mg GAE/L, cao hơn 12% so với nồng độ muối 5%. Hoạt tính chống oxy hóa tổng tương ứng là 11,456 mM TE/L.

5. Ảnh hưởng của tỷ lệ vi khuẩn Lactobacillus acidophilus: Tỷ lệ 1x10^10 tế bào/ml cho tổng hàm lượng polyphenol và hoạt tính chống oxy hóa cao nhất vào ngày lên men thứ 3, lần lượt là 790,908 mg GAE/L và 13,72 mM TE/L, tăng khoảng 35% so với mẫu không bổ sung vi khuẩn.

Thảo luận kết quả

Kết quả cho thấy phần vỏ cà tím chứa hàm lượng polyphenol và hoạt tính chống oxy hóa cao gấp đôi phần thịt, phù hợp với các nghiên cứu trước đây về vai trò của vỏ trong bảo vệ chất chống oxy hóa. Việc xử lý chống hóa nâu bằng ngâm vitamin C 0,5% trong 5 phút giúp bảo vệ polyphenol khỏi bị oxy hóa enzymatic, đồng thời làm tăng hàm lượng polyphenol khuếch tán ra dịch chiết, nâng cao hoạt tính chống oxy hóa tổng.

Quá trình lên men lactic với nồng độ muối 3% và bổ sung Lactobacillus acidophilus ở tỷ lệ 1x10^10 tế bào/ml tối ưu hóa sự phát triển vi khuẩn, tạo môi trường acid lactic ổn định, giúp tăng tổng hàm lượng polyphenol và hoạt tính chống oxy hóa. Sự tăng này có thể được trình bày qua biểu đồ đường thời gian lên men, thể hiện sự gia tăng hàm lượng polyphenol và hoạt tính chống oxy hóa đạt đỉnh vào ngày thứ 3, sau đó giảm nhẹ do quá trình chuyển hóa polyphenol.

So với các nghiên cứu về lên men rau quả khác, kết quả này khẳng định vai trò quan trọng của vi khuẩn lactic trong việc cải thiện giá trị dinh dưỡng và chất lượng sản phẩm, đồng thời mở rộng ứng dụng công nghệ lên men lactic trong chế biến cà tím.

Đề xuất và khuyến nghị

1. Áp dụng quy trình xử lý chống hóa nâu bằng ngâm vitamin C 0,5% trong 5 phút nhằm giữ lại tối đa hàm lượng polyphenol và hoạt tính chống oxy hóa trong cà tím trước khi lên men. Thời gian thực hiện: ngay sau khi cắt lát, chủ thể thực hiện: nhà sản xuất và cơ sở chế biến.

2. Sử dụng nồng độ muối 3% trong quá trình lên men lactic để tạo môi trường thích hợp cho vi khuẩn phát triển, đồng thời bảo quản sản phẩm hiệu quả. Thời gian áp dụng: toàn bộ quá trình lên men, chủ thể thực hiện: kỹ thuật viên sản xuất.

3. Bổ sung vi khuẩn Lactobacillus acidophilus với tỷ lệ 1x10^10 tế bào/ml để tăng cường hoạt tính chống oxy hóa và giá trị dinh dưỡng của sản phẩm cà tím lên men. Thời gian áp dụng: trong giai đoạn cấy giống, chủ thể thực hiện: phòng thí nghiệm và nhà máy sản xuất.

4. Theo dõi thời gian lên men tối ưu là 3 ngày để đạt được hàm lượng polyphenol và hoạt tính chống oxy hóa cao nhất, tránh lên men quá lâu gây giảm chất lượng. Thời gian áp dụng: trong quy trình sản xuất, chủ thể thực hiện: quản lý sản xuất.

5. Khuyến khích giữ lại phần vỏ cà tím trong chế biến do chứa hàm lượng polyphenol và hoạt tính chống oxy hóa cao hơn phần thịt, góp phần nâng cao giá trị dinh dưỡng sản phẩm. Chủ thể thực hiện: nhà nghiên cứu và nhà sản xuất.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

1. Nhà nghiên cứu và sinh viên ngành Công nghệ Thực phẩm: Nghiên cứu cung cấp dữ liệu khoa học về biến đổi chất chống oxy hóa trong quá trình lên men lactic cà tím, hỗ trợ phát triển đề tài và luận văn liên quan.

2. Doanh nghiệp sản xuất thực phẩm lên men: Áp dụng quy trình xử lý và lên men tối ưu để nâng cao chất lượng sản phẩm, phát triển các dòng sản phẩm mới giàu chất chống oxy hóa.

3. Chuyên gia dinh dưỡng và y học: Hiểu rõ tác dụng của polyphenol và hoạt tính chống oxy hóa trong cà tím lên men, từ đó tư vấn chế độ ăn uống và phát triển thực phẩm chức năng.

4. Cơ quan quản lý và phát triển nông nghiệp: Tham khảo để xây dựng tiêu chuẩn chất lượng và hướng dẫn kỹ thuật chế biến cà tím, góp phần nâng cao giá trị nông sản địa phương.

Câu hỏi thường gặp

1. Tại sao chọn cà tím vỏ đen làm nguyên liệu nghiên cứu?
   Cà tím vỏ đen có tổng hàm lượng polyphenol cao hơn khoảng 23,6% và hoạt tính chống oxy hóa tổng cao hơn 9,5% so với cà tím vỏ tím, đồng thời cấu trúc quả cứng hơn, phù hợp cho quá trình lên men.

2. Làm thế nào để xử lý chống hóa nâu hiệu quả cho cà tím?
   Ngâm cà tím trong dung dịch vitamin C 0,5% trong 5 phút là phương pháp tối ưu, giúp giữ lại hàm lượng polyphenol và hoạt tính chống oxy hóa cao nhất, đồng thời ngăn chặn hoạt động của enzyme polyphenol oxidase.

3. Nồng độ muối nào thích hợp cho quá trình lên men lactic cà tím?
   Nồng độ muối 3% được xác định là thích hợp nhất, giúp duy trì pH và hàm lượng acid lactic ổn định, đồng thời tăng tổng hàm lượng polyphenol và hoạt tính chống oxy hóa.

4. Tỷ lệ vi khuẩn Lactobacillus acidophilus bổ sung ảnh hưởng thế nào đến sản phẩm?
   Tỷ lệ 1x10^10 tế bào/ml cho kết quả tốt nhất, tăng khoảng 35% tổng hàm lượng polyphenol và hoạt tính chống oxy hóa so với mẫu không bổ sung, nhờ khả năng lên men hiệu quả và tạo môi trường acid lactic ổn định.

5. Thời gian lên men tối ưu để đạt chất lượng cao nhất là bao lâu?
   Thời gian lên men 3 ngày được xác định là thời điểm hàm lượng polyphenol và hoạt tính chống oxy hóa đạt đỉnh, sau đó có xu hướng giảm do quá trình chuyển hóa các hợp chất.

Kết luận

• Cà tím vỏ đen có hàm lượng polyphenol và hoạt tính chống oxy hóa cao hơn cà tím vỏ tím, phù hợp làm nguyên liệu lên men.
• Xử lý chống hóa nâu bằng ngâm vitamin C 0,5% trong 5 phút giữ được hàm lượng polyphenol 632 mg GAE/L và hoạt tính chống oxy hóa 2,439 mM TE/L cao nhất.
• Quá trình lên men lactic với nồng độ muối 3% và bổ sung Lactobacillus acidophilus 1x10^10 tế bào/ml đạt tổng hàm lượng polyphenol 865,692 mg GAE/L và hoạt tính chống oxy hóa 13,72 mM TE/L vào ngày lên men thứ 3.
• Giữ lại phần vỏ cà tím trong chế biến giúp tăng giá trị dinh dưỡng và hoạt tính chống oxy hóa của sản phẩm.
• Nghiên cứu mở ra hướng phát triển sản phẩm cà tím lên men lactic giàu chất chống oxy hóa, có tiềm năng ứng dụng trong công nghiệp thực phẩm.

Hành động tiếp theo: Áp dụng quy trình nghiên cứu vào sản xuất thực tế, mở rộng khảo sát các loại rau quả khác và phát triển sản phẩm chức năng từ cà tím lên men. Đề nghị các nhà nghiên cứu và doanh nghiệp liên hệ để hợp tác phát triển sản phẩm chất lượng cao.