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.