Đồ án hcmute khảo sát các hoạt tính kháng oxy hóa và các yếu tố ảnh hưởng đến hàm lượng anthocyanin trong các loại củ quả màu tím

Đồ án nghiên cứu hcmute khảo sát các hoạt tính kháng oxy hóa và các yếu tố ảnh hưởng đến hàm lượng anthocyanin trong, thiết kế chi tiết, tính toán kỹ thuật theo tiêu chuẩn, đánh

• Tác giả: Lê Hoàng Phúc
• Người hướng dẫn: TS. Võ Thị Ngà
• Trường học: Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật TP.HCM
• Chuyên ngành: Công Nghệ Thực Phẩm
• Đề tài: Khảo sát hoạt tính kháng oxy hóa và các yếu tố ảnh hưởng đến hàm lượng anthocyanin trong các loại củ quả màu tím
• Loại tài liệu: khóa luận tốt nghiệp
• Năm xuất bản: 2015
• Địa điểm: TP. Hồ Chí Minh

Mục lục chi tiết

• LỜI CẢM ƠN
• LỜI CAM ĐOAN
• 1. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN
• 1.1. Tổng quan về gốc tự do và chất kháng oxy hóa
• 1.1.1. Gốc tự do
• 1.1.1.1. Khái niệm về gốc tự do
• 1.1.1.2. Vai trò của gốc tự do
• 1.1.2. Chất kháng oxy hóa
• 1.1.2.1. Định nghĩa
• 1.1.2.2. Phân loại chất kháng oxy hóa
• 1.1.2.3. Một số chất kháng oxy hóa tự nhiên có trong thực phẩm
• 1.1.3. Phương pháp xác định hoạt tính kháng oxy hóa bằng DPPH
• 1.1.3.1. Ưu – nhược điểm
• 1.1.4. Tổng quan về anthocyanin
• 1.1.4.1. Cấu trúc hóa học
• 1.1.4.2. Sự phân bố anthocyanin
• 1.1.4.3. Một số yếu tố ảnh hưởng tới hàm lượng và độ bền màu anthocyanin
• 1.2. Hiệu ứng Co – pigmentation
• 1.3. Tình hình nghiên cứu trong và ngoài nước
• 1.3.1. Tình hình nghiên cứu trong nước
• 1.3.2. Tình hình nghiên cứu ngoài nước
• 1.4. Định hướng nghiên cứu
• 2. CHƯƠNG 2: VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP
• 2.1. Vật liệu – Hóa chất – Thiết bị
• 2.2. Phương pháp thực nghiệm
• 2.2.1. Khảo sát hoạt tính kháng oxy hóa của các mẫu nguyên liệu
• 2.2.2. Trích ly và điều chế các mẫu cao
• 2.2.3. Xác định khả năng ức chế gốc tự do của các mẫu cao
• 2.2.4. Các thông số cần phân tích
• 2.2.5. Khảo sát các yếu tố ảnh hưởng tới hàm lượng anthocyanin trong quá trình trích ly
• 2.2.5.1. Quy trình chung
• 2.2.5.2. Khảo sát ảnh hưởng của nhiệt độ
• 2.2.5.3. Khảo sát ảnh hưởng của thời gian
• 2.2.5.4. Khảo sát ảnh hưởng của tỷ lệ C2H5OH : H2O
• 2.2.5.5. Khảo sát tỷ lệ ảnh hưởng nguyên liệu : dung môi
• 2.2.6. Ứng dụng làm sản phẩm chất màu hòa tan từ vỏ Nho
• 2.2.6.1. Chuẩn bị mẫu
• 2.2.6.2. Khảo sát ảnh hưởng của nhiệt độ
• 2.2.6.3. Khảo sát ảnh hưởng của hàm lượng maltodextrin
• 2.2.7. Phương pháp xử lý số liệu
• 3. CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ BÀN LUẬN
• 3.1. Kết quả điều chế cao từ các mẫu nguyên liệu
• 3.2. Kết quả thử hoạt tính kháng gốc tự do DPPH
• 3.3. Kết quả đo hàm lượng anthocyanin của các mẫu nguyên liệu
• 3.4. Kết quả thử hoạt tính ức chế gốc tự do của các mẫu cao thô
• 3.5. Nhận xét và bàn luận
• 3.6. Khảo sát các yếu tố ảnh hưởng tới hàm lượng anthocyanin trong quá trình trích ly
• 3.6.1. Khảo sát ảnh hưởng của nhiệt độ
• 3.6.2. Khảo sát ảnh hưởng của thời gian
• 3.6.3. Khảo sát ảnh hưởng của tỷ lệ C2H5OH : H2O
• 3.6.4. Khảo sát ảnh hưởng của tỷ lệ nguyên liệu : dung môi
• 3.7. Ứng dụng sản xuất bột chất màu hòa tan
• 3.7.1. Khảo sát ảnh hưởng của nhiệt độ
• 3.7.2. Khảo sát ảnh hưởng của hàm lượng maltodextrin
• 4. CHƯƠNG 4: KẾT LUẬN – KIẾN NGHỊ
• DANH MỤC HÌNH
• DANH MỤC BẢNG
• DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT

Tóm tắt

I. Tổng quan về hoạt tính kháng oxy hóa và anthocyanin

Khóa luận này khảo sát hoạt tính kháng oxy hóa và hàm lượng anthocyanin trong các loại củ quả màu tím. Hoạt tính kháng oxy hóa được xác định thông qua phương pháp DPPH, cho thấy khả năng ức chế gốc tự do của các mẫu nguyên liệu. Các nghiên cứu đã chỉ ra rằng anthocyanin không chỉ có tác dụng chống oxy hóa mà còn có nhiều lợi ích sức khỏe khác, như phòng ngừa bệnh tim, ung thư và viêm nhiễm. Việc sử dụng thực phẩm giàu anthocyanin có thể giúp cải thiện sức khỏe tổng thể.

1.1. Khái niệm về gốc tự do và chất kháng oxy hóa

Gốc tự do là những phân tử có electron không ghép cặp, có khả năng gây hại cho tế bào. Chất kháng oxy hóa là những chất có khả năng trung hòa gốc tự do, bảo vệ cơ thể khỏi stress oxy hóa. Các chất kháng oxy hóa tự nhiên như vitamin C, vitamin E và anthocyanin có vai trò quan trọng trong việc bảo vệ sức khỏe. Nghiên cứu cho thấy, việc bổ sung các chất này từ thực phẩm có thể giúp giảm nguy cơ mắc các bệnh mãn tính.

1.2. Tầm quan trọng của anthocyanin trong dinh dưỡng

Anthocyanin là một loại flavonoid có màu sắc đặc trưng trong các loại củ quả màu tím. Chúng không chỉ tạo màu sắc hấp dẫn mà còn mang lại nhiều lợi ích cho sức khỏe. Nghiên cứu đã chỉ ra rằng anthocyanin có khả năng chống oxy hóa mạnh mẽ, giúp bảo vệ tế bào khỏi tổn thương do gốc tự do. Việc tiêu thụ thực phẩm giàu anthocyanin có thể giúp cải thiện chức năng tim mạch và giảm nguy cơ mắc bệnh tiểu đường.

II. Phương pháp khảo sát hoạt tính kháng oxy hóa

Khảo sát hoạt tính kháng oxy hóa được thực hiện bằng phương pháp DPPH, một phương pháp đơn giản và hiệu quả. Các mẫu nguyên liệu được chiết xuất và thử nghiệm để xác định khả năng ức chế gốc tự do. Kết quả cho thấy, củ quả màu tím như nho tím và khoai lang tím có hàm lượng anthocyanin cao và khả năng kháng oxy hóa tốt. Điều này chứng tỏ rằng việc sử dụng các loại thực phẩm này có thể mang lại lợi ích sức khỏe đáng kể.

2.1. Quy trình chiết xuất và thử nghiệm

Quy trình chiết xuất bao gồm việc sử dụng dung môi ethanol để thu được các hợp chất anthocyanin từ mẫu nguyên liệu. Sau đó, các mẫu được thử nghiệm với dung dịch DPPH để xác định khả năng ức chế gốc tự do. Kết quả cho thấy, nho tím có hoạt tính kháng oxy hóa cao nhất, với IC50 thấp nhất, cho thấy hiệu quả vượt trội trong việc bảo vệ tế bào khỏi tổn thương do oxy hóa.

2.2. Đánh giá kết quả và ứng dụng thực tiễn

Kết quả khảo sát cho thấy, hàm lượng anthocyanin trong các mẫu nguyên liệu có sự khác biệt rõ rệt. Việc sử dụng các loại củ quả màu tím không chỉ giúp tăng cường sức khỏe mà còn có thể ứng dụng trong sản xuất thực phẩm chức năng. Các sản phẩm từ anthocyanin có thể được phát triển để phục vụ nhu cầu dinh dưỡng và bảo vệ sức khỏe của người tiêu dùng.

III. Kết luận và kiến nghị

Khóa luận đã chỉ ra rằng củ quả màu tím chứa hàm lượng anthocyanin cao và có hoạt tính kháng oxy hóa tốt. Việc nghiên cứu và phát triển các sản phẩm từ anthocyanin không chỉ có giá trị dinh dưỡng mà còn có thể góp phần vào việc phòng ngừa bệnh tật. Cần tiếp tục nghiên cứu sâu hơn về các yếu tố ảnh hưởng đến hàm lượng anthocyanin và khả năng kháng oxy hóa của các loại thực phẩm này.

3.1. Đề xuất nghiên cứu tiếp theo

Cần mở rộng nghiên cứu về các loại củ quả màu tím khác và các phương pháp chiết xuất hiệu quả hơn để tối ưu hóa hàm lượng anthocyanin. Ngoài ra, việc nghiên cứu tác động của anthocyanin đến sức khỏe con người cần được thực hiện để xác định rõ hơn các lợi ích sức khỏe của chúng.

3.2. Ứng dụng trong sản xuất thực phẩm

Các sản phẩm từ anthocyanin có thể được phát triển như một phần của chế độ ăn uống lành mạnh. Việc sử dụng thực phẩm giàu anthocyanin trong chế độ ăn hàng ngày có thể giúp cải thiện sức khỏe và phòng ngừa bệnh tật. Cần có các chiến lược truyền thông để nâng cao nhận thức của người tiêu dùng về lợi ích của củ quả màu tím.

Trích đoạn nội dung tài liệu

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 1. Tổng quan về gốc tự do và chất kháng oxy hóa 1. Gốc tự do 1. Khái niệm về gốc tự do Trong hóa học, gốc tự do là những nguyên tử, nhóm nguyên tử hoặc phân tử có những electron không ghép cặp ở lớp ngoài cùng.

Các electron này có năng lượng cao, rất kém bền nên dễ dàng tham gia vào nhiều phản ứng hóa học như phản ứng oxy hóa – khử, phản ứng polymer hóa…. Phân loại Các gốc tự do đóng vai trò quan trọng trong các quá trình sinh lý của con người và cũng là nguyên nhân liên quan tới nhiều bệnh lý nguy hiểm. Theo Barry Halliwell (2001) có hai nhóm gốc tự do bao gồm: các dạng hoạt động của nitrogen (reactive nitrogen species, RNS) và các dạng hoạt động của oxygen (reactive oxygen species, ROS) (Bảng 1. Các dạng hoạt động của oxygen và nitrogen trong sinh học (Phan Thị Anh Đào, 2013) Thời Các dạng hoạt Ký hiệu gian tồn Hoạt động động tại Các dạng hoạt động của oxygen Tạo ra trong ty thể (mitochondria), hệ thống tim Superoxyde O2●─ 10-6s mạch và các bộ phận khác Gốc hydroxyl HO● 10-9s Hoạt tính cao, được tạo ra trong tình trạng cơ thể dư chất sắt (Phản ứng Fenton) Hydrogen Là tác nhân oxy hóa mạnh, dễ dàng nhận 1 H2O2 Bền peroxyde electron để chuyển hóa thành gốc tự do HO● Hoạt tính cao, được hình thành khi các đại phân Gốc peroxyl ROO● ----- tử bị gốc tự do tấn công Hydroperoxyde Phản ứng với các ion kim loại chuyển tiếp để tạo ROOH Ổn định hữu cơ ra các dạng hoạt động.

1 do an KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP LÊ HOÀNG PHÚC - 11116050 Hoạt tính cao, hình thành trong quá trình quang Singlet oxygen O2● 10-6s học (photosensitization) và phản ứng hóa học Là 1 chất gây ô nhiễm trong khí quyển, có thể Ozone O3 ----- phản ứng với các phân tử khác nhau để tạo ra O2●. Các dạng hoạt động của nitrogen Vai trò rất quan trọng trong hệ thống thần kinh Nitric oxyde NO● ----- trung ương và ngoại biên. Peroxynitrite ONOO─ 10-3 s Hoạt tính cao, hình thành từ NO● và O2● Acid Khá ổn Được hình thành khi ONOO─ nhận thêm 1 ONOOH peroxynitrous định proton. Nitrogen dioxyde NO2 ----- Hình thành trong quá trình ô nhiễm không khí 1.

Vai trò của gốc tự do Ở nồng độ trung bình, gốc tự do rất có lợi và cần thiết cho các hoạt động của cơ thể sống: - Là chất trung gian di chuyển các điện tử từ phân tử này tới phân tử khác nhằm tạo ra năng lượng cung cấp cho hoạt động sống. - Góp phần cùng với bạch cầu tiêu diệt các vi sinh vật có hại. - Góp phần quét dọn những tế bào già, chết trong cơ thể và tiêu diệt những tế bào bất thường như tế bào ung thư. - Là chất dẫn truyền thần kinh (NO•) và tác nhân điều hòa huyết áp.

Trong cơ thể sống luôn tồn tại sự cân bằng giữa các dạng hoạt động và dạng kháng oxy hóa, đó là một trạng thái cân bằng nội môi (homeostasis). Tuy nhiên, do ảnh hưởng của nhiều yếu tố tác động ngoại sinh làm gia tăng nồng độ của các dạng hoạt động, vượt quá mức độ kiểm soát của các hệ thống kháng oxy hóa trong cơ thể. Từ đó, dẫn đến hiện tượng stress oxy hóa (oxydative stress), mang lại nhiều nguy hại cho con người khi các gốc tự do bùng phát và tấn công các phân tử sống như lipid, protein, DNA, làm chết tế bào, gây nên nhiều bệnh lý nguy hiểm như mất ngủ, đau đầu, suy giảm trí nhớ, gây ung thư… (Phan Thị Anh Đào, 2013). 2 do an KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP LÊ HOÀNG PHÚC - 11116050 1.

Chất kháng oxy hóa 1. Định nghĩa Chất kháng oxy hóa (antioxidant) là chất dễ nhường 1 electron hay hydrogen cho các gốc tự do và vô hiệu hóa chúng, do đó, chất kháng oxy hóa có thể làm giảm những ảnh hưởng do gốc tự do gây ra. Những chất kháng oxy hóa có phân tử lượng thấp có khả năng tương tác với các gốc tự do và chấm dứt chuỗi phản ứng lan truyền (Shi HL, 1997; Yean-Yean Soong, 2004; Vijaya Chavan Lobo, 2010). Chất kháng oxy hóa hoạt động theo một số cơ chế sau: (Phan Thị Anh Đào, 2013) - Tạo rào cản vật lý để ngăn chặn các nguồn phát sinh gốc tự do như lưới lọc UV, các màng tế bào.

- Tạo bẫy hóa học có khả năng “hấp thu” năng lượng và electron. - Có vai trò như hệ thống xúc tác có khả năng trung hòa hay chuyển hóa các dạng hoạt động như hệ thống các enzyme kháng oxy hóa superoxyde dismutase, catalase và glutathione peroxydase. - Kết hợp hoặc khử hoạt tính của các ion kim loại để ngăn cản sự hình thành các dạng hoạt động của oxygen như ferritin, ceruloplasmin, catechin. Phân loại chất kháng oxy hóa Có nhiều cách phân loại chất kháng oxy hóa theo khả năng hòa tan, nguồn gốc bao gồm: - Chất kháng oxy hóa ưa nước (hydrophilic) và kỵ nước (hydrophobic).

- Chất kháng oxy hóa nội sinh và chất kháng oxy hóa ngoại sinh. - Các enzyme kháng oxy hóa và chất kháng oxy hóa không có bản chất enzyme. - Chất kháng oxy hóa có nguồn gốc tự nhiên và chất kháng oxy hóa có nguồn gốc tổng hợp (BHT, BHA, TBHQ…). Xu hướng ngày nay, chất kháng oxy hóa có nguồn gốc tự nhiên được ưu tiên sử dụng và đẩy mạnh nghiên cứu do có đặc tính an toàn, thân thiện, ít tác dụng phụ đối với sức khỏe con người, động vật và môi trường sống.

Một số chất kháng oxy hóa tự nhiên có trong thực phẩm (Phan Thị Anh Đào, 2013) Acid ascorbic (vitamin C) 3 do an KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP LÊ HOÀNG PHÚC - 11116050 Acid ascorbic (AA) là chất kháng oxy hóa rất phổ biến, quan trọng và có tiềm năng sử dụng lớn do nó có khả năng hòa tan trong nước. AA hiện diện nhiều trong các loại rau củ và hoa quả như ớt Đà Lạt, bắp cải, bông cải xanh, cà chua, chanh, bưởi… Acid ascorbic bảo vệ màng tế bào chống lại quá trình oxy hóa. Các nghiên cứu in vivo đã chỉ ra rằng acid ascorbic trong plasma có khả năng ức chế lại quá trình peroxide hóa lipid, ngay cả khi có mặt của các ion hoạt động như Fe2+, Cu2+ và H2O2. AA trung hòa chất oxy hóa được tạo ra trong suốt quá trình hút thuốc lá.

AA bảo vệ các đại phân tử như DNA, protein và lipid khỏi những thiệt hại do gốc tự do gây ra. AA bị oxy hóa thành dehydro ascorbic. HO HO H OH O H OH O O O HO OH O O Acid L-ascorbic Acid Dehydro ascorbic Hình 1. Công thức cấu tạo của acid L-ascorbic và acid dehydro ascorbic Vitamin E Vitamin E là một vitamin có khả năng hòa tan trong chất béo, tồn tại ở 8 dạng khác nhau bao gồm 4 dạng dα, dβ, dγ, dδ của tocopherol và 4 dạng dα, dβ, dγ, dδ của tocotrienol.

Trong số đó, α-tocopherol là dạng hoạt động nhất của vitamin E và là chất kháng oxy hóa đầy tiềm năng. Tocopherol ức chế quá trình peroxide hóa lipid do nó có khả năng ức chế các gốc tự do lipid peroxyl (Phản ứng 1.1) α -tocopherol + lipid-O2 → α-tocopherol● + lipid -O2H (1. Công thức cấu tạo của vitamin E Carotenoid Là các sắc tố tự nhiên tạo ra màu vàng, da cam, đỏ trong rất nhiều các loại hoa quả (gấc, chanh, đào, mơ, cam, nho…), rau (cà rốt, cà chua…), nấm và hoa. β – carotene là một carotenoid quan trọng nhất, được xem là tiền chất của vitamin A.

4 do an KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP LÊ HOÀNG PHÚC - 11116050 Hình 1. Công thức cấu tạo của β-carotene 1. Phương pháp xác định hoạt tính kháng oxy hóa bằng DPPH (Molyneux. Giới thiệu Năm 1922 Goldschmidt và Renn đã phát hiện ra một gốc tự do bền có màu tím đậm, hầu như không phân hủy, không bị trùng hợp và cũng không phản ứng với oxy đó chính là gốc tự do DPPH (2,2-diphenyl-1-picrylhydrazyl).

DPPH là một gốc tự do có màu tím giống như màu của dung dịch KMnO4, không tan trong nước, tan trong dung môi hữu cơ. Dung dịch DPPH có cực đại hấp thu tại bước sóng 517 nm, và sản phẩm khử của nó là 2,2-diphenyl-1- picrylhydrazyl (DPPH-H) có màu vàng nhạt. Nguyên tắc Các chất có khả năng kháng oxy hóa sẽ trung hòa gốc DPPH bằng cách cho hydrogen, làm giảm độ hấp thu tại bước sóng cực đại và màu của dung dịch phản ứng sẽ nhạt dần, chuyển từ tím sang vàng nhạt. Phản ứng trung hòa gốc DPPH của các chất kháng oxy hóa được minh họa trong Hình 1.

N N N + NH AH O2N NO2 O2N NO2 NO2 NO2 DPPH DPPH-H Hình 1. Phản ứng trung hòa gốc tự do DPPH 1. Ưu – nhược điểm Ưu điểm Phương pháp DPPH sử dụng kỹ thuật đơn giản và nhanh. Sử dụng rộng rãi, đạt độ chính xác cao, đặc biệt là với mục đích sàng lọc.

Nhược điểm 5 do an KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP LÊ HOÀNG PHÚC - 11116050 DPPH chỉ tan được trong dung môi hữu cơ (đặc biệt là ethanol), khó tan trong nước, do đó những chất kháng oxy hóa ưa nước thường không được xác định bằng phương pháp này. Nhiều chất kháng oxy hóa phản ứng chậm hoặc có thể trơ với DPPH do đó ảnh hưởng tới kết quả khảo sát nồng độ tuyến tính của DPPH. Tổng quan về anthocyanin 1. Cấu trúc hóa học Anthocyanin thuộc họ flavonoid và có nguồn gốc sinh tổng hợp tương tự các hợp chất flavonoid tự nhiên khác (Harborne, 1967; Weiss và Edwards, 1980), chúng có khả năng hòa tan trong nước và chứa trong các không bào thực vật (Goodwin và Mercer, 1972).

R3' OH 3' 2' 4' 1' 5' R7O O 6' 8 1 R5' 7 9 2 6 10 3 5 4 R6 R3 OR5 Hình 1. Cấu trúc hóa học cơ bản của anthocyanin tự nhiên Cấu trúc của anthocyanin được dựa trên một bộ khung 15 carbon bao gồm một vòng chromane gắn thêm một vòng thơm B ở vị trí 2; các cấu trúc được sắp xếp theo mô hình C-6- C-3-C-6 (Geissman, 1962; Harborne và Grayer, 1988). Về bản chất, chúng là các hợp chất được glycosyl hóa của các dẫn xuất polyhydroxy và polymothoxy của 2 – phenylbenzopyrylium hoặc muối flavylium (Harborne và Grayer, 1988), nghĩa là cấu trúc anthocyanin được bổ sung bởi một hoặc nhiều phân tử đường được gắn tại các vị trí hydroxy khác nhau của cấu trúc cơ bản. Các anthocyanin khi mất hết nhóm đường được gọi là anthocyanidin hay aglycone.

Cho đến nay người ta đã xác định được 6 nhóm aglycone phổ biến nhất là pelargonidin, cyanidin, delphinidin, peonidin, petunidin và maldivin (Hình 1.