Khảo sát quy trình tạo thành nanolycopene ứng dụng trong sản phẩm sữa chua truyền thống

Khảo sát quy trình tạo nanolycopene ứng dụng trong chế biến sữa chua truyền thống, nâng cao giá trị dinh dưỡng và hương vị sản phẩm.

• Tác giả: Trương Ngọc Trân
• Người hướng dẫn: ThS. Lý Thị Minh Hiền
• Trường học: Trường Đại học Mở thành phố Hồ Chí Minh
• Chuyên ngành: Công nghệ sinh học
• Đề tài: Khảo sát quy trình tạo thành nanolycopene - ứng dụng chế biến sản phẩm sữa chua truyền thống bổ sung nanolycopene
• Loại tài liệu: Khóa luận tốt nghiệp
• Năm xuất bản: 2021
• Địa điểm: TP. Hồ Chí Minh

Mục lục chi tiết

• LỜI CẢM ƠN
• 1. ĐẶT VẤN ĐỀ
• 2. TỔNG QUAN TÀI LIỆU
• 2.1. Giới thiệu về carotenoid
• 2.1.1. Giới thiệu chung
• 2.1.2. Phân loại và cấu trúc
• 2.1.3. Tính chất quang phổ
• 2.1.4. Sự đồng phân hóa
• 2.1.5. Quá trình oxy hóa
• 2.1.6. Một số công dụng của carotenoid
• 2.2. Giới thiệu về lycopene
• 2.2.1. Giới thiệu chung
• 2.2.2. Công dụng của lycopene
• 2.2.3. Một số yếu tố ảnh hưởng đến cấu trúc và hoạt tính của lycopene
• 2.3. Giới thiệu về nhũ tương
• 2.3.1. Giới thiệu về nhũ tương nano
• 2.3.2. Giới thiệu về chất nhũ hóa
• 2.3.3. Các phương pháp tạo hệ nhũ tương nano
• 3. VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
• 3.1. Vật liệu thí nghiệm
• 3.1.1. Thời gian địa điểm
• 3.1.2. Nguyên vật liệu
• 3.1.3. Thiết bị và dụng cụ
• 3.1.4. Hóa chất sử dụng
• 3.2. Quy trình trích ly lycopene
• 3.2.1. Quy trình trích ly lycopene
• 3.2.2. Thuyết minh quy trình
• 3.3. Hệ nhũ tương nano lycopene
• 3.3.1. Quy trình tạo hệ nhũ tương nano lycopene
• 3.3.2. Quy trình chế biến sản phẩm sữa chua truyền thống bổ sung nanolycopene
• 3.3.2.1. Thí nghiệm 1: Khảo sát ảnh hưởng của hàm lượng chất nhũ hóa đến hệ nhũ tương nano
• 3.3.2.2. Thí nghiệm 2: Khảo sát ảnh hưởng của tỉ lệ lycopene và dầu đậu nành trong pha dầu đến hệ nhũ tương nano lycopene
• 3.3.2.3. Thí nghiệm 3: Khảo sát ảnh hưởng của hàm lượng pha dầu đến hệ nhũ tương nano lycopene
• 3.3.2.4. Thí nghiệm 4: Khảo sát điểm dừng của giá trị pH ảnh hưởng đến quá trình lên men và chất lượng sản phẩm
• 3.3.2.5. Thí nghiệm 5: Khảo sát hàm lượng giống vi sinh vật được bổ sung ảnh hưởng đến quá trình lên men và chất lượng sản phẩm
• 3.3.2.6. Thí nghiệm 6: Khảo sát hàm lượng chất khô hòa tan ảnh hưởng đến quá trình lên men và chất lượng sản phẩm
• 3.3.2.7. Thí nghiệm 7: Khảo sát hàm lượng nano lycopene được bổ sung ảnh hưởng đến quá trình lên men và chất lượng sản phẩm
• 4. KẾT LUẬN VÀ ĐỀ NGHỊ
• TÀI LIỆU THAM KHẢO

Tóm tắt

I. Tổng quan Nanolycopene Ứng dụng trong Sữa chua Truyền Thống

Trong bối cảnh khoa học công nghệ phát triển, công nghệ nano đã mở ra những tiềm năng to lớn trong nhiều lĩnh vực, bao gồm cả công nghiệp thực phẩm. Nanolycopene, một dạng lycopene được xử lý bằng công nghệ nano, hứa hẹn mang lại nhiều lợi ích vượt trội so với lycopene thông thường. Lycopene là một carotenoid có nhiều trong các loại trái cây và rau củ màu đỏ, cam, nổi tiếng với khả năng chống oxy hóa mạnh mẽ. Tuy nhiên, do đặc tính kị nước và dễ bị oxy hóa, việc ứng dụng lycopene trong thực phẩm còn gặp nhiều hạn chế. Công nghệ nano giúp khắc phục những hạn chế này bằng cách tạo ra các hạt nanolycopene có kích thước siêu nhỏ, tăng khả năng hòa tan, hấp thụ và bảo vệ lycopene khỏi các tác nhân gây hại. Việc bổ sung nanolycopene vào sữa chua truyền thống không chỉ tăng cường giá trị dinh dưỡng mà còn mang lại nhiều lợi ích sức khỏe cho người tiêu dùng. Đề tài "Khảo sát Quy trình tạo thành nanolycopene - Ứng dụng chế biến sản phẩm sữa chua truyền thống bổ sung nanolycopene" tập trung vào việc nghiên cứu và phát triển quy trình sản xuất nanolycopene hiệu quả, đồng thời đánh giá ảnh hưởng của nó đến chất lượng và giá trị dinh dưỡng sữa chua.

1.1. Tìm hiểu về Lycopene Nguồn gốc cấu trúc và lợi ích

Lycopene là một carotenoid không vòng, thuộc nhóm carotene, được tìm thấy chủ yếu trong cà chua và các loại quả màu đỏ khác. Cấu trúc hóa học của lycopene bao gồm chuỗi dài các liên kết đôi liên hợp, tạo nên khả năng chống oxy hóa mạnh mẽ. Theo nghiên cứu, lycopene có nhiều tác dụng trong việc phòng ngừa và hỗ trợ điều trị các bệnh mãn tính, như tim mạch, ung thư và thoái hóa điểm vàng. Lycopene không có hoạt tính vitamin A, tuy nhiên tác dụng chống oxy hóa của nó vượt trội hơn nhiều so với các carotenoid khác. Các tài liệu nghiên cứu cho thấy, lycopene có nhiều tác dụng trong việc chữa và ngăn ngừa bệnh.

1.2. Công nghệ Nano trong Thực phẩm Tại sao lại là Nanolycopene

Công nghệ nano đã tạo ra một cuộc cách mạng trong nhiều lĩnh vực, và ngành công nghiệp thực phẩm cũng không ngoại lệ. Việc ứng dụng công nghệ nano để tạo ra nanolycopene mang lại nhiều ưu điểm so với lycopene thông thường. Cụ thể, kích thước nano giúp tăng khả năng hòa tan, hấp thụ và phân tán của lycopene trong thực phẩm. Đồng thời, lớp vỏ nano bảo vệ lycopene khỏi các tác nhân oxy hóa, nhiệt độ và ánh sáng, kéo dài thời gian bảo quản và duy trì tính chất nanolycopene. Nghiên cứu cho thấy, nanolycopene có khả năng hấp thụ cao hơn so với lycopene thông thường, giúp cơ thể tận dụng tối đa lợi ích sức khỏe của carotenoid này.

II. Thách thức và Giải pháp Tạo nanolycopene ổn định cho sữa chua

Mặc dù tiềm năng của nanolycopene là rất lớn, nhưng việc tạo ra một sản phẩm nanolycopene ổn định và hiệu quả để bổ sung vào sữa chua truyền thống không phải là điều dễ dàng. Một trong những thách thức lớn nhất là đảm bảo độ ổn định nanolycopene trong môi trường sữa chua, nơi có độ pH thấp và nhiều yếu tố có thể gây ảnh hưởng đến cấu trúc nanolycopene. Bên cạnh đó, việc lựa chọn phương pháp tạo nanolycopene phù hợp cũng rất quan trọng. Cần phải tìm ra quy trình vừa đảm bảo hiệu quả tạo thành nanolycopene, vừa an toàn và kinh tế. Một số giải pháp được đề xuất bao gồm sử dụng các chất nhũ hóa phù hợp, điều chỉnh kích thước hạt nano và áp dụng các kỹ thuật encapsul hóa để bảo vệ lycopene. Ngoài ra, các thí nghiệm khảo sát ảnh hưởng nanolycopene đến sữa chua cần được thực hiện để xác định liều lượng nanolycopene tối ưu và đánh giá tác động của nó đến hương vị, màu sắc và chất lượng sữa chua.

2.1. Các yếu tố ảnh hưởng đến độ ổn định của Nanolycopene

Độ ổn định nanolycopene là yếu tố then chốt quyết định hiệu quả của việc bổ sung nanolycopene vào thực phẩm. Có nhiều yếu tố có thể ảnh hưởng đến độ ổn định nanolycopene, bao gồm nhiệt độ, ánh sáng, pH, oxy và sự hiện diện của các ion kim loại. Trong môi trường sữa chua, độ pH thấp và sự có mặt của các protein và đường có thể gây ra sự phân hủy nanolycopene. Để tăng độ ổn định nanolycopene, có thể sử dụng các chất chống oxy hóa, encapsul hóa nanolycopene trong các vật liệu bảo vệ hoặc điều chỉnh quy trình sản xuất để giảm thiểu sự tiếp xúc với các yếu tố gây hại.

2.2. Lựa chọn Phương pháp tạo Nanolycopene Ưu và Nhược điểm

Có nhiều phương pháp khác nhau để tạo ra nanolycopene, bao gồm nghiền ướt, nhũ hóa, kết tủa và encapsul hóa. Mỗi phương pháp có những ưu và nhược điểm riêng. Phương pháp nghiền ướt đơn giản và ít tốn kém, nhưng khó kiểm soát kích thước hạt nano. Phương pháp nhũ hóa tạo ra các hạt nano có kích thước đồng đều hơn, nhưng đòi hỏi sử dụng các chất nhũ hóa. Phương pháp kết tủa có thể tạo ra các hạt nano tinh khiết, nhưng quy trình phức tạp và khó mở rộng quy mô sản xuất. Lựa chọn phương pháp tạo nanolycopene phù hợp phụ thuộc vào nhiều yếu tố, bao gồm tính chất nanolycopene mong muốn, chi phí sản xuất và tính khả thi về mặt kỹ thuật.

III. Nghiên cứu Quy trình Tạo nanolycopene phù hợp cho sữa chua

Việc nghiên cứu nanolycopene cần tập trung vào các khía cạnh như lựa chọn phương pháp tạo nanolycopene phù hợp, tối ưu hóa các thông số quy trình và đánh giá tính chất nanolycopene. Cụ thể, cần xác định loại chất nhũ hóa nào phù hợp nhất để tạo ra các hạt nanolycopene ổn định trong môi trường sữa chua. Đồng thời, cần điều chỉnh các thông số như nhiệt độ, áp suất và thời gian xử lý để đạt được kích thước hạt nano mong muốn. Sau khi tạo ra nanolycopene, cần đánh giá các tính chất nanolycopene quan trọng như kích thước hạt, độ ổn định, khả năng hấp thụ và hoạt tính chống oxy hóa. Kết quả nghiên cứu nanolycopene sẽ cung cấp cơ sở khoa học cho việc phát triển quy trình sản xuất nanolycopene hiệu quả và ứng dụng nó trong chế biến sữa chua.

3.1. Tối ưu hóa Quy trình tạo Hệ nhũ tương nano Lycopene

Quy trình tạo hệ nhũ tương nano lycopene đóng vai trò quan trọng trong việc đảm bảo chất lượng và hiệu quả của sản phẩm cuối cùng. Cần tối ưu hóa các yếu tố như hàm lượng chất nhũ hóa, tỉ lệ pha dầu (lycopene: dầu nành), và hàm lượng pha dầu. Theo tài liệu nghiên cứu, việc khảo sát ảnh hưởng của hàm lượng chất nhũ hóa đến hệ nhũ tương nano là cần thiết để đạt được kích thước hạt mong muốn và độ ổn định cao. Các thí nghiệm cũng cần tập trung vào việc xác định tỉ lệ tối ưu giữa lycopene và dầu đậu nành để tăng cường khả năng hòa tan và bảo vệ lycopene khỏi quá trình oxy hóa.

3.2. Nghiên cứu ảnh hưởng của pH đến quá trình lên men sữa chua

Điểm dừng của giá trị pH có ảnh hưởng đáng kể đến quá trình lên men và chất lượng sản phẩm. Việc khảo sát điểm dừng của giá trị pH giúp xác định thời điểm kết thúc quá trình lên men để đạt được hương vị và giá trị dinh dưỡng sữa chua tối ưu. Theo tài liệu, thí nghiệm 4 tập trung vào việc khảo sát ảnh hưởng của điểm dừng pH đến quá trình lên men và chất lượng sản phẩm.

IV. Ứng dụng nanolycopene Nâng cao chất lượng Sữa chua truyền thống

Mục tiêu cuối cùng của nghiên cứu là ứng dụng nanolycopene vào chế biến sữa chua truyền thống để tạo ra một sản phẩm sữa chua bổ sung có giá trị dinh dưỡng cao và nhiều lợi ích sức khỏe. Để đạt được điều này, cần khảo sát ảnh hưởng nanolycopene đến sữa chua, từ đó xác định liều lượng nanolycopene tối ưu và đánh giá tác động của nó đến hương vị, màu sắc, độ ổn định và khả năng hấp thụ của sữa chua. Đồng thời, cần thực hiện các thử nghiệm lâm sàng để chứng minh lợi ích sức khỏe nanolycopene đối với người tiêu dùng. Kết quả nghiên cứu sẽ cung cấp cơ sở cho việc phát triển các sản phẩm sữa chua bổ sung nanolycopene chất lượng cao, đáp ứng nhu cầu ngày càng cao của thị trường.

4.1. Đánh giá Cảm quan và Hóa lý Sữa chua bổ sung Nanolycopene

Việc đánh giá chất lượng sữa chua bổ sung nanolycopene là vô cùng quan trọng. Các chỉ tiêu cảm quan như màu sắc, hương vị, cấu trúc và độ mịn cần được đánh giá bởi hội đồng thử nghiệm viên có kinh nghiệm. Các chỉ tiêu hóa lý như hàm lượng protein, chất béo, đường, acid lactic và lycopene cũng cần được phân tích để đảm bảo giá trị dinh dưỡng sữa chua và độ ổn định nanolycopene. Phân tích chỉ tiêu vi sinh vật cũng được thực hiện để đảm bảo an toàn cho người tiêu dùng. Theo tài liệu gốc, bảng điểm phương pháp cho điểm toàn diện sản phẩm sữa chua được sử dụng để đánh giá một cách khách quan.

4.2. Khảo sát ảnh hưởng của Nanolycopene đến quá trình lên men sữa chua

Việc bổ sung nanolycopene có thể ảnh hưởng đến quá trình lên men sữa chua. Cần khảo sát hàm lượng giống vi sinh vật được bổ sung, hàm lượng chất khô hòa tan và hàm lượng nanolycopene được bổ sung để xác định tác động của chúng đến quá trình lên men và chất lượng sản phẩm. Các thí nghiệm cần đo lường tốc độ lên men, độ acid và hàm lượng các chất chuyển hóa để đánh giá ảnh hưởng của nanolycopene đến vi sinh vật lên men.

V. Kết luận và Hướng phát triển Sữa chua Nanolycopene tương lai

Nghiên cứu về nanolycopene và ứng dụng của nó trong chế biến sữa chua vẫn còn nhiều tiềm năng phát triển. Trong tương lai, cần tập trung vào việc tối ưu hóa quy trình sản xuất nanolycopene để giảm chi phí và tăng hiệu quả. Đồng thời, cần nghiên cứu sâu hơn về khả năng hấp thụ nanolycopene trong cơ thể và ảnh hưởng nanolycopene đến sữa chua để chứng minh lợi ích sức khỏe nanolycopene một cách rõ ràng. Ngoài ra, cần phát triển các sản phẩm sữa chua bổ sung nanolycopene đa dạng về hương vị và chức năng để đáp ứng nhu cầu ngày càng cao của người tiêu dùng. Sữa chua nanolycopene hứa hẹn sẽ là một sản phẩm thực phẩm chức năng có giá trị, góp phần nâng cao sức khỏe cộng đồng.

5.1. Nghiên cứu về Khả năng hấp thụ Nanolycopene trong cơ thể

Khả năng hấp thụ nanolycopene trong cơ thể là một yếu tố quan trọng để đánh giá hiệu quả của sản phẩm sữa chua bổ sung nanolycopene. Các nghiên cứu cần tập trung vào việc xác định cơ chế hấp thụ nanolycopene và các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình này. Đồng thời, cần so sánh khả năng hấp thụ nanolycopene với lycopene thông thường để chứng minh ưu điểm của công nghệ nano.

5.2. Hướng đến các sản phẩm Sữa chua Nanolycopene đa dạng và tiện lợi

Để đáp ứng nhu cầu ngày càng cao của thị trường, cần phát triển các sản phẩm sữa chua bổ sung nanolycopene đa dạng về hương vị, chức năng và hình thức. Các sản phẩm có thể kết hợp nanolycopene với các thành phần dinh dưỡng khác như vitamin, khoáng chất, chất xơ để tăng cường giá trị dinh dưỡng sữa chua. Đồng thời, cần phát triển các sản phẩm tiện lợi như sữa chua uống, sữa chua ăn liền để phù hợp với lối sống bận rộn của người tiêu dùng.

Nội dung chính

Bối cảnh và vấn đề nghiên cứu

Trong lĩnh vực công nghệ thực phẩm và công nghệ sinh học hiện đại, xu hướng ứng dụng công nghệ nano nhằm nâng cao sinh khả dụng và độ bền của các hoạt chất sinh học tự nhiên đang nhận được sự quan tâm sâu sắc. Carotenoid là nhóm sắc tố tự nhiên phân bố rộng rãi trong thực vật, nổi bật với khả năng chống oxy hóa, tăng cường miễn dịch và ức chế các tác nhân gây đột biến gen. Trong đó, lycopene (chủ yếu có trong quả cà chua chín đỏ, chiếm hơn 85% tổng lượng carotenoid) là một carotenoid mạch hở không có vòng $\beta$-ionone, tuy không có hoạt tính tiền vitamin A nhưng sở hữu hoạt tính chống oxy hóa vượt trội, giúp thu dọn các gốc tự do (ROO*), giảm stress oxy hóa (ROS) và hạn chế nguy cơ mắc các bệnh tim mạch, ung thư.

Tuy nhiên, lycopene có bản chất kỵ nước cao, kém tan trong môi trường phân cực và cấu trúc chứa nhiều nối đôi liên hợp rất nhạy cảm với nhiệt độ, ánh sáng và oxy không khí, dẫn đến sự đồng phân hóa từ dạng trans sang cis hoặc bị phân hủy làm suy giảm hoạt tính sinh học. Việc áp dụng công nghệ nano để bao bọc và tạo hệ nhũ tương nano (nanoemulsion) là giải pháp tối ưu giúp tăng diện tích tiếp xúc bề mặt, cải thiện độ phân tán trong nước và nâng cao độ ổn định của lycopene. Đồng thời, sữa chua là sản phẩm lên men truyền thống giàu dinh dưỡng, cung cấp nguồn đạm, khoáng và vi sinh vật có lợi cho đường tiêu hóa. Việc kết hợp hệ nanolycopene vào quy trình sản xuất sữa chua truyền thống mở ra hướng phát triển sản phẩm thực phẩm chức năng vừa đáp ứng giá trị cảm quan vừa tăng cường lợi ích sức khỏe.

Mục tiêu chung của đề tài là xây dựng hoàn chỉnh quy trình tạo hệ nhũ tương nano lycopene bằng phương pháp năng lượng thấp và ứng dụng chế biến sản phẩm sữa chua truyền thống bổ sung nanolycopene. Các nhiệm vụ nghiên cứu cụ thể được xác định bao gồm:

1. Khảo sát quy trình trích ly và tạo thành hệ nhũ tương nano lycopene.
2. Khảo sát ảnh hưởng của hàm lượng chất nhũ hóa đến độ ổn định của hệ nhũ tương nano lycopene.
3. Khảo sát ảnh hưởng của tỉ lệ lycopene và dầu đậu nành trong pha dầu đến hệ nhũ tương nano lycopene.
4. Khảo sát ảnh hưởng của hàm lượng pha dầu đến hệ nhũ tương nano lycopene.
5. Khảo sát điểm dừng của giá trị pH ảnh hưởng đến quá trình lên men và chất lượng sản phẩm sữa chua.
6. Khảo sát hàm lượng giống vi sinh vật bổ sung ảnh hưởng đến quá trình lên men và chất lượng sản phẩm.
7. Khảo sát hàm lượng chất khô hòa tan ảnh hưởng đến quá trình lên men và chất lượng sản phẩm.
8. Khảo sát hàm lượng nanolycopene bổ sung ảnh hưởng đến quá trình lên men và chất lượng sản phẩm.

Đối tượng và phạm vi nghiên cứu:

• Đối tượng nghiên cứu: Hợp chất lycopene trích ly từ quả cà chua chín giống Aka F1; dầu đậu nành thương mại Mesly; chất nhũ hóa không ion Tween 80; sữa tươi tiệt trùng Dutch Lady; men đông khô thương mại Probiotic Yogourmet (chứa 5 chủng lợi khuẩn Lactobacillus acidophilus); đường saccharose.
• Phạm vi không gian: Các thí nghiệm được tiến hành tại Phòng thí nghiệm Công nghệ thực phẩm, Phòng thí nghiệm Sinh hóa và Phòng thí nghiệm Hóa – Môi trường thuộc Khoa Công nghệ sinh học, Trường Đại học Mở Thành phố Hồ Chí Minh (Cơ sở 3, tỉnh Bình Dương).
• Phạm vi thời gian: Đề tài được triển khai thực hiện từ ngày 05/10/2020 đến ngày 05/06/2021.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp

Khóa luận thiết lập nền tảng khoa học dựa trên các cơ sở lý thuyết chuyên ngành công nghệ sinh học và thực phẩm:

• Cơ sở lý thuyết về carotenoid và lycopene: Cấu trúc phân tử lycopene ($\text{C}{40}\text{H}{56}$, khối lượng phân tử 536,873 g/mol, CAS: 502-65-8, nhiệt độ nóng chảy 172–175°C) là một tetraterpene cấu thành từ 8 đơn vị isoprene, sở hữu 13 liên kết đôi (11 liên kết đôi liên hợp và 2 không liên hợp). Dạng đồng phân trans tự nhiên có tính ổn định nhiệt động học cao nhất nhưng dễ bị biến đổi dưới tác nhân môi trường.
• Lý thuyết hệ nhũ tương nano và chất nhũ hóa: Nhũ tương nano dầu trong nước (D/N) có kích thước giọt phân tán trong khoảng 20–200 nm. Chất nhũ hóa không ion Tween 80 (Polyoxyethylene sorbitan monooleate, $\text{C}{64}\text{H}{124}\text{O}_{26}$, khối lượng phân tử 1310 g/mol, chuẩn an toàn GRAS) có chỉ số cân bằng ưa nước - ưa béo (HLB) thích hợp cho hệ D/N, giúp làm giảm sức căng bề mặt pha và ngăn chặn hiện tượng hợp giọt.
• Phương pháp điểm đảo ngược nhũ tương (Emulsion Phase Inversion - EIP): Phương pháp năng lượng thấp dựa trên sự chuyển pha cơ học khi chuẩn độ từ từ pha nước vào hỗn hợp pha dầu chứa chất nhũ hóa, chuyển đổi từ hệ nước trong dầu (N/D) qua hệ trung gian (D/N/D) và đạt hệ dầu trong nước (D/N) ổn định.
• Lý thuyết công nghệ lên men sữa chua: Quá trình lên men lactic đồng hình do vi khuẩn lactic chuyển hóa đường lactose qua enzyme $\beta$-galactosidase và con đường đường phân tạo acid lactic. Sự giảm pH môi trường dịch sữa về điểm đẳng điện của casein ($\text{pI} = 4,6$) làm mất điện tích bề mặt micelle casein, kích thích liên kết kỵ nước và tạo khối đông tụ dạng gel bền vững.

Phương pháp nghiên cứu thực nghiệm:

• Phương pháp trích ly Soxhlet: Cà chua được sấy khô ở 80°C trong 3 giờ đến độ ẩm khoảng 11%, nghiền nhỏ và trích ly hồi lưu bằng dung môi hexane với tỷ lệ nguyên liệu:dung môi là 1:15 trong thời gian 2 giờ, sau đó thu hồi dung môi và đuổi dung môi cách thủy để thu cao lycopene.
• Phương pháp tạo nhũ tương nano EIP: Phối trộn lycopene và dầu đậu nành bằng máy khuấy từ (10 phút), phối trộn Tween 80 (1000 vòng/phút, 15 phút), chuẩn độ nước cất từ buret với tốc độ dòng 5 mL/phút, khuấy ổn định (800 vòng/phút, 15 phút) và để ổn định 24 giờ ở nhiệt độ phòng.
• Phương pháp hoạt hóa giống: Thanh trùng sữa tươi ở 95°C trong 5 phút, làm nguội về 40°C, bổ sung men đông khô với tỷ lệ 5 g/L sữa, ủ ở 42°C trong 9–12 giờ cho đến khi pH đạt 4,52 và độ acid đạt 75°T.
• Phương pháp bố trí thí nghiệm: Bố trí thí nghiệm đơn yếu tố hoàn toàn ngẫu nhiên (CRD) với 3 lần lặp lại nhằm khảo sát các biến số công nghệ nhũ hóa và các thông số công nghệ lên men sữa chua.
• Phương pháp phân tích và đánh giá: Đo pH bằng máy đo điện cực; xác định độ chua bằng phương pháp chuẩn độ thể tích với dung dịch NaOH 0,1N (chỉ thị phenolphtalein, tính theo độ Thorner °T); xác định hàm lượng chất khô hòa tan bằng khúc xạ kế quang học (°Bx); kiểm tra phân bố kích thước hạt nano tại thời điểm ban đầu và sau 2 tháng bảo quản; kiểm nghiệm chỉ tiêu vi sinh vật và đánh giá cảm quan chất lượng thành phẩm theo phương pháp cho điểm toàn diện.

Nội dung chính theo từng chương

Chương 1: Tổng quan tài liệu

Chương này tổng thuật toàn diện các công trình nghiên cứu trong và ngoài nước về:

• Sắc tố carotenoid và hoạt chất lycopene: nguồn gốc tự nhiên, công thức hóa học, phân loại nhóm xanthophyll và carotene, cơ chế quang phổ hấp thụ (400–550 nm), hiện tượng đồng phân hóa trans-cis, quá trình oxy hóa phân hủy khi xử lý nhiệt trên 90–150°C hoặc khi có mặt oxy không khí (phân hủy hơn 30% ở 100°C trong 3 giờ).
• Hệ nhũ tương và nhũ tương nano: cấu trúc giọt nano, vai trò của chất hoạt động bề mặt không ion Tween 80, so sánh phương pháp năng lượng cao (đồng hóa áp suất cao, siêu âm) và phương pháp năng lượng thấp (EIP, PIT).
• Nguyên liệu sữa bò và công nghệ lên men sữa chua: thành phần hóa học của sữa (nước chiếm 87%, protein casein chiếm 79,5% tổng protein sữa gồm $\alpha_{s1}, \alpha_{s2}, \beta, \kappa$-casein; whey protein chiếm 19,3%; lactose chiếm 4,9%), tính chất vật lý (tỷ trọng 1,028–1,036 $\text{g/cm}^3$, pH 6,6–6,8, độ chua 14–21°T); cơ chế sinh hóa lên men lactic và các yếu tố ảnh hưởng trực tiếp gồm tổ hợp giống vi sinh vật, áp lực thẩm thấu từ hàm lượng chất khô, nhiệt độ ủ và điểm dừng pH.

Chương 2: Vật liệu và phương pháp nghiên cứu

Trình bày chi tiết danh mục trang thiết bị, hóa chất và nguồn gốc nguyên liệu đạt chuẩn thí nghiệm. Thiết lập 4 quy trình công nghệ cốt lõi kèm sơ đồ khối và thuyết minh chi tiết:

1. Quy trình trích ly lycopene từ cà chua: Cà chua chín nguyên liệu (độ khô 4°Bx, độ ẩm 95%) qua các công đoạn rửa, cắt mỏng, sấy 80°C (3 giờ), xay nhỏ, trích ly với hexane (tỷ lệ 1:15, 2 giờ trên bộ Soxhlet), đuổi dung môi thu cao lycopene nồng độ 1,262 mg/100 mL.
2. Quy trình tạo hệ nhũ tương nano lycopene: Phối trộn pha dầu (lycopene và dầu đậu nành) với Tween 80, chuẩn độ nước cất với tốc độ 5 mL/phút, khuấy từ ổn định tạo mẫu có tổng thể tích 10 mL.
3. Quy trình hoạt hóa men đông khô: Hoạt hóa giống vi khuẩn Lactobacillus acidophilus trong nền sữa tươi thanh trùng (95°C, 5 phút), ủ 42°C trong 9–12 giờ để tạo giống khởi động.
4. Quy trình chế biến sữa chua bổ sung nanolycopene: Hiệu chỉnh chất khô sữa tươi bằng saccharose (2 g/60 mL sữa) lên 20°Bx, thanh trùng 95°C trong 5 phút, làm nguội về 40°C, phối trộn nanolycopene, cấy giống hoạt hóa, lên men ở 42°C (khoảng 5 giờ) và làm lạnh ổn định ở 2–4°C. Quy trình thiết kế 7 thí nghiệm đơn yếu tố chi tiết từ Thí nghiệm 1 đến Thí nghiệm 7 để khảo sát nồng độ Tween 80 (0,5–2,5% v/v), tỷ lệ pha dầu, tỷ lệ phối trộn lycopene:dầu nành, điểm dừng pH, tỷ lệ men, nồng độ chất khô và nồng độ nanolycopene.

Chương 3: Kết quả và thảo luận

Chương này phản ánh toàn bộ dữ liệu đo đạc thực nghiệm qua các bảng biểu và hình ảnh đồ thị:

• Khảo sát hệ nhũ tương nano lycopene: Đánh giá ảnh hưởng của nồng độ chất nhũ hóa Tween 80 (khảo sát các mức 0,5%; 1,0%; 1,5%; 2,0%; 2,5% v/v), tỷ lệ lycopene:dầu đậu nành và hàm lượng pha dầu đến độ đồng nhất và kích thước hạt nano. Kết quả đo kích thước hạt ban đầu và sau 2 tháng bảo quản khẳng định hệ nhũ giữ được tính ổn định vật lý cao, không xuất hiện hiện tượng tách pha hay tách lớp.
• Khảo sát quy trình sản xuất sữa chua: Đánh giá nguyên liệu sữa tươi đầu vào và ảnh hưởng của các thông số công nghệ lên men. Điểm dừng pH và tỷ lệ cấy giống quyết định trực tiếp đến thời gian tạo gel và độ chua Thorner của sản phẩm; hàm lượng chất khô hiệu chỉnh ảnh hưởng đến độ đặc và cấu trúc gel protein; hàm lượng nanolycopene bổ sung quyết định màu sắc đỏ cam đặc trưng và giá trị cảm quan.
• Đánh giá chất lượng sản phẩm: Kiểm tra chỉ tiêu vi sinh vật đảm bảo mật độ lợi khuẩn và kiểm soát hoàn toàn vi sinh vật gây hại theo tiêu chuẩn an toàn; phân tích các chỉ tiêu hóa lý và đánh giá cảm quan toàn diện theo phương pháp cho điểm.

Chương 4: Kết luận và đề nghị

Đúc kết toàn bộ các thông số kỹ thuật tối ưu đã xác định được qua chuỗi thí nghiệm thực nghiệm; đề xuất các khuyến nghị mang tính ứng dụng thực tiễn để mở rộng quy mô sản xuất và nghiên cứu chuyên sâu về sản phẩm.

Kết quả và đóng góp

Nghiên cứu đã xác lập các thông số kỹ thuật thực nghiệm định lượng xuyên suốt quy trình sản xuất:

Công đoạn / Thông số công nghệ	Giá trị / Điều kiện kỹ thuật xác lập
Chế độ sấy cà chua nguyên liệu	Sấy ở 80°C trong 3 giờ, độ ẩm sau sấy đạt xấp xỉ 11%
Tỷ lệ trích ly Soxhlet	Bột cà chua sấy : dung môi hexane = 1:15 (w/v), thời gian 2 giờ
Nồng độ cao lycopene thu nhận	1,262 mg/100 mL dịch trích
Phương pháp tạo nhũ tương nano	Điểm đảo ngược nhũ tương (EIP), sử dụng chất nhũ hóa Tween 80
Chế độ chuẩn độ pha nước (EIP)	Tốc độ dòng 5 mL/phút từ buret; khuấy từ 1000 rpm (15 phút) và ổn định 800 rpm (15 phút)
Độ ổn định hệ nano lycopene	Duy trì kích thước nano đồng đều ban đầu và ổn định sau 2 tháng bảo quản
Chế độ hoạt hóa men Probiotic Yogourmet	5 g men/1 L sữa tươi tiệt trùng, thanh trùng 95°C (5 phút), lên men ở 42°C trong 9–12 giờ
Chỉ tiêu giống sau hoạt hóa	Giá trị $\text{pH} = 4,52$; Độ chua đạt $75^\circ\text{T}$; Bảo quản lạnh ở 2–5°C
Hiệu chỉnh chất khô dịch sữa lên men	Bổ sung 2 g đường saccharose/60 mL sữa tươi, hàm lượng chất khô đạt 20°Bx
Chế độ lên men và bảo quản sữa chua	Ủ nhiệt độ 42°C trong khoảng 5 giờ đến khi đông tụ gel hoàn toàn; bảo quản ở 2–4°C

Đóng góp khoa học và thực tiễn của đề tài:

• Thiết lập thành công quy trình trích ly hoạt chất lycopene tự nhiên từ giống cà chua Aka F1 đạt nồng độ cao dạng cao đậm đặc, tận dụng hiệu quả nguồn nguyên liệu nông sản trong nước.
• Ứng dụng thành công phương pháp năng lượng thấp EIP để tạo hệ nhũ tương nano lycopene có kích thước đồng nhất, quy trình thao tác đơn giản, không đòi hỏi trang thiết bị đồng hóa áp lực cao đắt tiền.
• Chế biến thành công dòng sản phẩm sữa chua truyền thống bổ sung nanolycopene có màu sắc hấp dẫn, cấu trúc gel mịn ổn định, bảo lưu hoạt tính chống oxy hóa của lycopene và đáp ứng đầy đủ các tiêu chuẩn an toàn vi sinh thực phẩm.

Hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp

Hạn chế của nghiên cứu:

• Toàn bộ các quy trình trích ly, tạo nhũ tương nano và lên men sữa chua mới được thực hiện ở quy mô phòng thí nghiệm (thể tích mẻ nhũ tương 10 mL, mẻ sữa chua 60 mL), chưa khảo sát trên hệ thống thiết bị bán công nghiệp.
• Nghiên cứu tập trung vào nguồn nguyên liệu sữa tươi tiệt trùng Dutch Lady và men đông khô Probiotic Yogourmet, chưa tiến hành so sánh đối chứng trên nhiều nguồn sữa động vật hoặc dịch sữa thực vật khác nhau.

Hướng nghiên cứu tiếp theo:

• Thử nghiệm nâng quy mô sản xuất (scale-up) hệ nhũ tương nano lycopene và sữa chua chức năng trên các dây chuyền thiết bị công nghệ pilot.
• Khảo sát sự biến đổi hàm lượng lycopene và hoạt tính chống oxy hóa trong cấu trúc sữa chua trong suốt thời gian bảo quản dài hạn (từ 3 đến 6 tháng).
• Tiến hành các thử nghiệm in vitro và in vivo nhằm đánh giá mức độ hấp thu và sinh khả dụng của hạt nanolycopene trong hệ tiêu hóa của người sử dụng.

Giá trị tham khảo

Đề tài có giá trị tham khảo chuyên môn đối với:

• Sinh viên và học viên cao học: Thuộc các chuyên ngành Công nghệ thực phẩm, Công nghệ sinh học, Hóa sinh học và Dược phẩm; là tài liệu tham khảo thực nghiệm về kỹ thuật trích ly hợp chất tự nhiên bằng Soxhlet và phương pháp đảo pha EIP để chế tạo hệ nanoemulsion.
• Bộ phận R&D tại các doanh nghiệp thực phẩm và chế biến sữa: Cung cấp thông số công nghệ rõ ràng để phát triển các dòng sản phẩm sữa chua chức năng, đồ uống bổ sung vi chất và các sản phẩm ứng dụng chất màu tự nhiên chống oxy hóa.
• Nội dung có giá trị ứng dụng cao: Sơ đồ quy trình và các thông số kiểm soát hoạt hóa men đông khô, hiệu chỉnh chất khô (°Bx), kiểm soát điểm dừng pH và chế độ ủ lên men sữa chua đạt chuẩn cảm quan.

Câu hỏi thường gặp

1. Nguyên liệu quả cà chua sử dụng trong đề tài có đặc điểm gì và được xử lý ban đầu như thế nào? Tác giả sử dụng cà chua giống Aka F1 thu mua tại Chợ Nông sản Thủ Đức (TP. Hồ Chí Minh) với các tiêu chuẩn: quả tròn đều, chín đỏ, không dập nát, độ khô hòa tan khoảng 4°Bx và độ ẩm 95%. Cà chua được rửa sạch, cắt mỏng và sấy ở nhiệt độ 80°C trong 3 giờ để đưa độ ẩm về khoảng 11%, sau đó xay nhỏ nhằm tăng diện tích tiếp xúc cho quá trình trích ly.

2. Quy trình trích ly lycopene sử dụng dung môi gì và kết quả thu nhận đạt nồng độ bao nhiêu? Quá trình trích ly sử dụng 20 g bột cà chua sấy phối trộn với dung môi hexane theo tỷ lệ 1:15 (w/v), tiến hành hồi lưu trên hệ thống Soxhlet trong thời gian 2 giờ. Sau khi tách chiết và đuổi dung môi bằng phương pháp đun cách thủy, thu được hợp chất lycopene dạng cao màu đỏ cam đậm ở đáy cốc với nồng độ xác định là 1,262 mg/100 mL.

3. Cơ chế và các bước tạo hệ nanolycopene bằng phương pháp EIP được thực hiện ra sao? Hệ nhũ tương nano được tạo thành dựa trên nguyên lý điểm đảo ngược nhũ tương (EIP). Pha dầu gồm lycopene và dầu đậu nành Mesly được khuấy trộn đều trong 10 phút, sau đó bổ sung chất nhũ hóa Tween 80 và khuấy từ với tốc độ 1000 vòng/phút trong 15 phút. Tiếp theo, nước cất được nhỏ giọt từ buret với tốc độ dòng chảy 5 mL/phút vào cốc mẫu, tiếp tục khuấy ổn định ở 800 vòng/phút trong 15 phút và để yên 24 giờ ở nhiệt độ phòng để ổn định hệ nano D/N.

4. Quy trình hoạt hóa men Probiotic Yogourmet được kiểm soát theo những thông số nào? Sữa tươi nguyên liệu có pH 6,71 và chất khô 15–16% được thanh trùng ở 95°C trong 5 phút, làm nguội về 40°C, bổ sung men đông khô với tỷ lệ 5 g cho 1 L sữa. Hỗn hợp được ủ lên men trong tủ ấm ở 42°C trong khoảng 9–12 giờ. Men hoạt hóa đạt yêu cầu kỹ thuật khi giá trị pH đạt 4,52 và độ chua đạt 75°T, sau đó được bảo quản lạnh ở 2–5°C để sử dụng làm giống cấy.

5. Cơ chế biến đổi protein tạo khối đông trong quá trình lên men sữa chua được giải thích như thế nào? Trong quá trình lên men, vi khuẩn lactic chuyển hóa đường lactose thành acid lactic, làm giảm dần giá trị pH của dịch sữa. Khi pH hạ xuống xấp xỉ điểm đẳng điện của casein ($\text{pI} = 4,6$), các micelle casein bị trung hòa điện tích, làm suy giảm lực đẩy tĩnh điện và gia tăng tương tác kỵ nước giữa các phân tử protein. Casein chuyển từ trạng thái keo hòa tan sang trạng thái đông tụ không tan, hình thành nên mạng lưới cấu trúc gel vững chắc của sữa chua.

Kết luận

Khóa luận tốt nghiệp của tác giả Trương Ngọc Trân đã hoàn thiện quy trình thực nghiệm trích ly lycopene từ cà chua giống Aka F1 và chế tạo thành công hệ nhũ tương nano lycopene bằng phương pháp năng lượng thấp EIP sử dụng chất nhũ hóa Tween 80. Nghiên cứu đã tối ưu hóa toàn diện các thông số công nghệ từ quy trình nhũ hóa đến quá trình lên men sữa chua truyền thống bổ sung nanolycopene (về tỷ lệ giống hoạt hóa, hàm lượng chất khô 20°Bx, nhiệt độ ủ 42°C và kiểm soát pH tạo gel). Sản phẩm sữa chua hoàn thiện đạt giá trị cảm quan tốt, đảm bảo an toàn vi sinh và mở ra tiềm năng ứng dụng công nghệ nano để nâng cao giá trị dinh dưỡng trong công nghiệp chế biến sữa.

Trích đoạn nội dung tài liệu

ĐẶT VẤN ĐỀ Ngày nay, với sự phát triển của khoa học công nghệ, công nghệ nano được biết đến với kích thước nanomet đã đem lại nhiều tính năng vượt trội đang dần thay thế các vật liệu có kích thước micromet và milimet. Carotenoid là một hợp chất màu có sẵn được tìm thấy trong các loại trái cây có màu cam, vàng (cà rốt, bí đỏ, khoai lang, cà chua, …) hoặc những loại rau có màu xanh đậm (bông cải xanh, rau bi na, …). Nhiều nghiên cứu đã chứng minh vai trò và lợi ích của carotenoid đối với sức khỏe con người. Carotenoid giúp tăng cường hệ miễn dịch, ức chế khả năng đột biến gen và có khả năng chống oxy hóa mạnh… Hầu hết carotenoid đều có hoạt tính của vitamin A và được chia thành hai nhóm là công thức hóa học có oxy và công thức hóa học không có oxy.

Trong số đó nổi trội nhất là lycopene, một hoạt chất tự nhiên mặc dù không có hoạt tính của vitamin A nhưng nó có khả năng chống oxy hóa cực mạnh. Nó được tìm thấy nhiều nhất trong các loại rau quả nhiều nước và có màu đỏ đặc biệt là cà chua. Lycopene thuộc nhóm carotene với công thức thiếu vòng β – ionone nên nó không có hoạt tính của vitamin A nhưng hoạt tính chống oxy hóa của nó rất đáng được mong đợi. Qua các tài liệu nghiên cứu cho thấy, lycopene có nhiều tác dụng trong việc chữa và ngăn ngừa bệnh.

Tác dụng đầu tiên của lycopene khi được nhắc đến là khả năng chống oxy hóa mạnh giúp đánh bật các gốc tự do ngăn ngừa được các bệnh mãn tính ở người như tim mạch, ung thư, … Bên cạnh đó là giảm lượng cholesterol trong máu cũng như giúp bảo vệ cơ thể khỏi các tác nhân bên ngoài. Tuy nhiên, do bản chất của lycopene có đặc tính kị nước và cấu trúc không bão hòa nên dễ bị oxy hóa bởi các tác nhân bên ngoài như nhiệt độ, ánh sáng, … Sự lựa chọn tối ưu nhất để hạn chế các ảnh hưởng trên là áp dụng công nghệ nano để tạo ra các hạt nhũ nano chứa lycopene giúp khắc phục được điểm yếu về tính chất vật lý của nó cũng như là có thể áp dụng công dụng của nó vào 1 các ngành công nghiệp hiện nay. Ở kích thước nano, vật liệu sẽ có những tính năng đặc biệt mà vật liệu truyền thống không có được nhờ vào việc thu nhỏ kích thước và tăng diện tích mặt ngoài. Bên cạnh đó là giúp lưu giữ các giá trị dinh dưỡng, hoạt tính sinh học, đặc tính chống oxy hóa cũng như tính ổn định và bền vững của lycopene.

Nhờ vào kích thước hạt nhỏ nên khi sử dụng sản phẩm sẽ làm tăng khả năng hấp thu một cách tối đa các hợp chất này. Ngoài ra, nhu cầu về sức khỏe cũng được quan tâm hàng đầu với các loại sản phẩm thực phẩm, thức uống, thực phẩm chức năng giúp bổ sung dinh dưỡng, tăng cường sức khỏe. Sữa là loại thức uống phổ biến với đầy đủ các dưỡng chất cần thiết cho sự phát triển trí não, tăng cường sức khỏe cho mọi lứa tuổi như acid amin, vitamin, … Vì vậy, sữa được xem như là một nguồn thực phẩm thiết yếu cho trẻ nhỏ, trung niên và người cao tuổi. Sữa được ứng dụng nhiều nhất trong công nghệ lên men thực phẩm với các sản phẩm đa dạng như yakult, phô mai, yaourt, … Các sản phẩm lên men từ sữa chứa các dưỡng chất thiết yếu, các men vi sinh giúp ổn định hệ tiêu hóa, tăng cường miễn dịch, chống lão hóa.

Để góp phần đưa dòng sản phẩm sữa chua trở nên đa dạng và có nhiều lợi ích hơn trong việc bảo vệ sức khỏe cho mọi người. Trong đề tài này, tôi tiến hành nghiên cứu việc bổ sung hệ nano lycopene vào sữa chua giúp tăng khả năng ứng dụng của hệ nano và tăng cường sức khỏe cho con người. Với điều kiện nghiên cứu tại phòng thí nghiệm và những công dụng to lớn của lycopene đã giúp tôi nảy sinh ý tưởng thực hiện nghiên cứu đề tài “Khảo sát quy trình tạo thành nanolycopene - Ứng dụng chế biến sản phẩm sữa chua truyền thống bổ sung nanolycopene” với mục tiêu chung là xây dựng quy trình tạo thành hệ nhũ tương nano lycopene và ứng dụng vào chế biến sản phẩm sữa chua. Từ mục tiêu chung, tôi tiến hành nghiên cứu với các nội dung nghiên cứu như sau: • Khảo sát quy trình tạo thành hệ nhũ tương nano lycopene.

2 • Khảo sát ảnh hưởng của hàm lượng chất nhũ hóa đến hệ nhũ tương nano lycopene. • Khảo sát ảnh hưởng của tỉ lệ lycopene và dầu đậu nành trong pha dầu đến hệ nhũ tương nano lycopene. • Khảo sát ảnh hưởng của hàm lượng pha dầu đến hệ nhũ tương nano lycopene. • Khảo sát điểm dừng giá trị pH ảnh hưởng đến quá trình lên men và chất lượng sản phẩm.

• Khảo sát hàm lượng giống vi sinh vật được bổ sung ảnh hưởng đến quá trình lên men và chất lượng sản phẩm. • Khảo sát hàm lượng chất khô hòa tan ảnh hưởng đến quá trình lên men và chất lượng sản phẩm. • Khảo sát hàm lượng nanolycopene được bổ sung ảnh hưởng đến quá trình lên men và chất lượng sản phẩm. TỔNG QUAN TÀI LIỆU 1.1 Giới thiệu về carotenoid 1.1 Giới thiệu chung Carotenoid là một dạng sắc tố phân bố rộng rãi trong tự nhiên.

Carotenoid được sinh tổng hợp bằng quang hợp trong các loại thực vật như rau củ, nấm, hoa, trái cây và một số loài sinh vật khác như tảo, nấm, vi khuẩn. Chúng đóng vai trò quan trọng trong việc ngăn ngừa ung thư, duy trì sức khỏe với các tác nhân chống oxy hóa, bảo vệ tế bào và các mô khỏi sự phá hủy của các tác nhân oxy hóa [6]. Theo Ellison, Kaczor et al., 2016, bản thân động vật không thể tự sinh tổng hợp được carotenoid mà phải được bổ sung từ bên ngoài thông qua chế độ ăn uống. Carotenoid trong cơ thể động vật được chuyển hóa theo nhiều hướng khác nhau.

Đôi khi, carotenoid được tìm thấy trong tế bào động vật khi chúng thực hiện các chế độ ăn thực vật giàu carotenoid, ví dụ như zeazanthin và lutein trong mắt người, astaxanthin trong cá hồi.2 Phân loại và cấu trúc • Phân loại Có hơn 600 loại carotenoid và được chia làm hai nhóm: Xanthophyll (có chứa oxy): lutein, zeaxanthin,. và Carotene (không chứa oxy): α-carotene, β-carotene, lycopene. (Nguồn: http://drcuaban.1 Cấu trúc phân tử điển hình của xanthophyll 4 (Nguồn: http://ResearchGate.2 Cấu trúc phân tử điển hình của carotene • Cấu trúc Carotenoid là các hợp chất mạch thẳng hay vòng chưa bão hòa, được tạo ra từ 8 phân tử isoprene và 40 nguyên tử carbon. Một số carotenoid có ít hơn 40 carbon dễ tạo thành apocatenoid như retinol (vitamin A) hoặc diapocarotenoid như crocetin.

Hầu hết trong tự nhiên, carotenoid tồn tại ở dạng đồng phân trans (dạng E). Tuy nhiên, cũng có một số ít carotenoid có cấu hình lập thể dạng cis (dạng Z).3 Tính chất hóa lý Tinh thể carotenoid có các màu tự nhiên như đỏ, cam, vàng tùy thuộc vào hình dạng và kích thước. Nhiệt độ nóng chảy của chúng khá cao từ 130 – 220 0C. Carotenoid không tan trong nước nhưng tan trong chất béo và các dung môi không phân cực.

Một số carotenoid có chứa các nhóm phân cực mạnh và tan được trong nước như norbixin, các sulphate carotenoid, crotin,. Trong môi trường kiềm, carotenoid bền vững hơn so với môi trường acid và các chất oxy hóa. Do cấu trúc có chứa các nối đôi liên hợp nên dễ bị oxy hóa, hydro hóa dẫn đến mất màu, tạo màu khác hoặc đồng phân hóa.4 Tính chất quang phổ Hầu hết carotenoid có ba bước sóng hấp thụ cực đại từ 400 – 550 nm (ánh sáng màu tím đến màu xanh lá cây) và sự hấp phụ ánh sáng phụ thuộc vào số liên kết đôi liên hợp. Vị trí hấp thu bước sóng cực đại còn bị ảnh hưởng bởi độ dài, vị trí liên kết đôi ở cuối chuỗi hoặc trong vòng và việc loại bỏ sự liên hợp của một liên kết đôi trong vòng hoặc loại bỏ nó thông qua quá trình oxy hóa.5 Sự đồng phân hóa Hầu hết carotenoid trong tự nhiên có dạng đồng phân trans và dễ bị đồng phân hóa để thành dạng cis dưới tác dụng của nhiệt, ánh sáng hoặc bức xạ.

Dạng cis linh động, hấp thu ánh sáng ở bước sóng ngắn hơn dạng trans. Sự đồng phân hóa dưới tác dụng của nhiệt là một trong những yếu tố gây nên hiện tượng oxy hóa làm mất màu carotenoid trong quá trình chế biến thực phẩm.6 Quá trình oxy hóa Trong môi trường có oxygen, các liên kết đôi liên hợp trong cấu trúc carotenoid bị oxy hóa dần tạo thành các sản phẩm như hydroperoxide, carbonyl và các chất bay hơi có mùi khó chịu khác. Quá trình này không chỉ phụ thuộc vào nồng độ oxy mà còn chịu ảnh hưởng bởi nhiều yếu tố khác như nhiệt độ, ánh sáng, độ ẩm và một số kim loại có trong môi trường. Sự bổ sung các chất chống oxy hóa vào thực phẩm các chất có chứa carotenoid giúp quá trình oxy hóa diễn ra chậm và cải thiện độ bền của carotenoid.

Bên cạnh đó, sự oxy hóa carotenoid cũng được giảm đi khi kết hợp nó với các chất màu tan trong dầu hoặc encapsul hóa với sorbitol hoặc cyclodextrin.7 Một số công dụng của carotenoid Tác dụng đầu tiên không thể thiếu khi nhắc đến carotenoid là chống lão hóa. Các carotenoid được biết đến với khả năng chống oxy hóa cao. Hoạt chất chống oxy hóa của chúng có thể phòng ngừa được ung thư. Trong cơ thể tồn tại peroxide và superoxide, chúng có thể phản ứng tạo các gốc hydroxyl và oxy đơn bội rất độc hại.

Superoxide, peroxide, gốc hydroxyl, oxy đơn bội gọi là các gốc tự do có oxy hoạt 6 động khi được hình thành sẽ tác động đến lipid, protein và làm tổn thương DNA, gây ra các quá trình lão hóa của cơ thể, làm xuất hiện các hiện tượng như ung thư, lão hóa, bệnh tim mạch.… Các chất này có thể được vô hiệu hóa bởi các vitamin như A, C, E, β - carotene. Ngoài ra các carotenoid khác như lycopene, cathaxanthin… chứa hợp chất phenolic cũng có tác dụng chống oxy hóa do các gốc tự do gây ra rất tốt [16]. Bên cạnh công dụng chống oxy hóa mạnh mẽ của nó, zeaxanthin cùng với lutein cũng xuất hiện trong võng mạc ở người được xem như là chất màu của điểm vàng với vai trò bảo vệ khỏi các tác hại của quang độc gây ra bởi bức xạ từ ánh sáng xanh và vùng cận tử ngoại [16]. Chúng còn giúp giảm viêm cho cơ thể.

Mặc dù vẫn đang được nghiên cứu nhưng các đặc tính chống viêm của carotenoid sẽ giúp cải thiện sức khỏe tim mạch và ngăn chặn các thành động mạch bị tắc nghẽn.