Luận án tiến sĩ: Ứng dụng kỹ thuật lên men và xử lý nhiệt nano trong chế biến tỏi

Tổng hợp kiến thức Nâng cao giá trị hoạt chất sinh học trong tỏi bằng kỹ thuật lên men và xử lý nhiệt, tiếp cận khoa học, hỗ trợ học tập và nghiên

• Tác giả: Nguyễn Ái Thạch
• Người hướng dẫn: PGS. Nguyễn Minh Thủy
• Trường học: Trường Đại học Cần Thơ
• Chuyên ngành: Công nghệ thực phẩm
• Đề tài: Nâng cao giá trị hoạt chất sinh học trong tỏi bằng kỹ thuật lên men và xử lý nhiệt nano
• Loại tài liệu: luận án tiến sĩ
• Năm xuất bản: 2020
• Địa điểm: Cần Thơ

Mục lục chi tiết

• LỜI CẢM TẠ
• LỜI CAM ĐOAN
• 1. CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU
• 1.1. Mục tiêu nghiên cứu
• 1.1.1. Mục tiêu chung
• 1.1.2. Mục tiêu cụ thể
• 1.2. Nội dung nghiên cứu
• 1.2.1. Nội dung 1: Khảo sát sự thay đổi đặc tính lý học và hợp chất có hoạt tính sinh học của củ tỏi (Allium sativum L.) trong quá trình thuần thục và tồn trữ
• 1.2.2. Nội dung 2: Nâng cao các chất có hoạt tính sinh học trong củ tỏi thông qua quy trình chế biến sản phẩm tỏi đen và tỏi lên men lactic
• 1.2.3. Nội dung 3: Ứng dụng công nghệ nano nhằm cải thiện sinh khả dụng của các hợp chất sinh học từ sản phẩm tỏi đen
• 1.3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu
• 1.4. Ý nghĩa của luận án
• 1.4.1. Ý nghĩa khoa học
• 1.4.2. Ý nghĩa thực tế
• 1.5. Những điểm mới của luận án
• 2. CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN TÀI LIỆU
• 2.1. Giới thiệu tổng quan
• 2.1.1. Tổng quát về tỏi
• 2.1.2. Áp dụng các biện pháp xử lý nhiệt trong chế biến tỏi đen
• 2.1.3. Chế biến theo phương pháp lên men lactic
• 2.1.4. Một số sản phẩm tỏi khác
• 2.1.5. Kỹ thuật nano trong công nghệ thực phẩm
• 2.2. Tình hình nghiên cứu trong và ngoài nước
• 2.2.1. Các nghiên cứu liên quan đến điều kiện thu hoạch và tồn trữ củ tỏi sau thu hoạch
• 2.2.2. Các nghiên cứu nâng cao hoạt chất sinh học trong tỏi liên quan đến chế biến tỏi đen
• 2.2.3. Các nghiên cứu nâng cao hoạt chất sinh học trong tỏi liên quan đến chế biến tỏi lên men acid lactic
• 2.2.4. Các nghiên cứu tạo hạt nano mang chất có hoạt tính sinh học từ tỏi hoặc sản phẩm tỏi và thử nghiệm hoạt tính có liên quan
• 3. CHƯƠNG 3: PHƯƠNG TIỆN VÀ PHƯƠNG PHÁP
• 3.1. Phương tiện nghiên cứu
• 3.1.1. Địa điểm và thời gian nghiên cứu
• 3.1.2. Thiết bị, dụng cụ và hóa chất
• 3.2. Nội dung và phương pháp nghiên cứu
• 3.2.1. Nội dung 1: Khảo sát sự thay đổi đặc tính lý học và hợp chất có hoạt tính sinh học của củ tỏi (Allium sativum L.) trong quá trình thuần thục và tồn trữ
• 3.2.2. Nội dung 2: Nâng cao các chất có hoạt tính sinh học trong củ tỏi thông qua quy trình chế biến sản phẩm tỏi đen và tỏi lên men lactic
• 3.2.3. Nội dung 3: Ứng dụng công nghệ nano nhằm cải thiện sinh khả dụng của các hợp chất sinh học từ các sản phẩm tỏi chế biến
• 3.3. Phân tích dữ liệu
• 3.3.1. Xây dựng các mô hình động học
• 3.3.2. Xây dựng các mô hình bằng phương pháp bề mặt đáp ứng (Response Surface Methodology)
• 4. CHƯƠNG 4: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN
• 4.1. Sự thay đổi đặc tính lý học và hợp chất có hoạt tính sinh học của củ tỏi (Allium sativum L.) trong quá trình thuần thục và tồn trữ
• 4.1.1. Chất lượng củ tỏi ở các độ tuổi thu hoạch
• 4.1.2. Ảnh hưởng của nhiệt độ tồn trữ đến sự thay đổi thành phần hóa lý của củ tỏi
• 4.1.3. Ảnh hưởng của loại bao bì đến sự hao hụt khối lượng của củ tỏi trong quá trình tồn trữ
• 4.2. Nâng cao các chất có hoạt tính sinh học trong củ tỏi thông qua quy trình chế biến sản phẩm tỏi đen và tỏi lên men lactic
• 4.2.1. Nâng cao các chất có hoạt tính sinh học trong củ tỏi thông qua quy trình chế biến sản phẩm tỏi đen
• 4.2.2. Nâng cao các chất có hoạt tính sinh học trong tỏi thông qua quy trình chế biến sản phẩm tỏi lên men lactic
• 4.3. Ứng dụng công nghệ nano nhằm cải thiện sinh khả dụng của các hợp chất sinh học từ các sản phẩm tỏi chế biến
• 4.3.1. Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình trích ly các chất có hoạt tính sinh học trong tỏi đen
• 4.3.2. Đặc trưng và tính chất của hệ nano tỏi đen
• 4.3.3. Hoạt tính trong thử nghiệm in-vitro và in-vivo về khả năng hấp thu và tác dụng của các hoạt chất sinh học của hệ nano tỏi đen
• 4.3.3.1. Thử nghiệm in-vitro
• 4.3.3.2. Thử nghiệm in-vivo
• 5. CHƯƠNG 5: KẾT LUẬN VÀ ĐỀ NGHỊ
• TÀI LIỆU THAM KHẢO

Tóm tắt

I. Giới thiệu về hoạt chất sinh học trong tỏi

Tỏi (Allium sativum L.) là một loại thực phẩm không chỉ được sử dụng trong ẩm thực mà còn nổi bật với các hoạt chất sinh học có lợi cho sức khỏe. Các hoạt chất sinh học trong tỏi như allicin, flavonoid và polyphenol đã được chứng minh có tác dụng chống oxy hóa mạnh mẽ, giúp bảo vệ cơ thể khỏi các tác nhân gây hại. Việc nâng cao giá trị của các hoạt chất sinh học này thông qua các phương pháp chế biến như kỹ thuật lên men và xử lý nhiệt là rất cần thiết để tối ưu hóa lợi ích sức khỏe từ tỏi. Nghiên cứu này tập trung vào việc ứng dụng các công nghệ hiện đại, bao gồm nano, để cải thiện khả năng hấp thụ và hiệu quả của các hoạt chất sinh học trong tỏi.

II. Kỹ thuật lên men và xử lý nhiệt trong chế biến tỏi

Việc áp dụng kỹ thuật lên men và xử lý nhiệt trong chế biến tỏi đã cho thấy những kết quả tích cực trong việc nâng cao hàm lượng các hoạt chất sinh học. Trong quá trình lên men vi sinh, tỏi được xử lý với vi khuẩn Lactobacillus plantarum, giúp tăng cường hàm lượng polyphenol và flavonoid. Nghiên cứu cho thấy, sau 6 ngày lên men, hàm lượng thiosulfinate giảm dần, trong khi các hoạt chất sinh học khác lại tăng lên đáng kể. Bên cạnh đó, xử lý nhiệt ở nhiệt độ 70°C trong quá trình chế biến tỏi đen đã làm tăng hàm lượng polyphenol lên đến 6,5 lần so với tỏi tươi. Điều này chứng tỏ rằng, việc kết hợp giữa kỹ thuật lên men và xử lý nhiệt có thể tạo ra những sản phẩm tỏi với giá trị dinh dưỡng cao hơn.

III. Ứng dụng công nghệ nano trong sản phẩm tỏi

Công nghệ nano đã mở ra hướng đi mới trong việc nâng cao giá trị của các hoạt chất sinh học trong tỏi. Hệ nano tỏi đen được chế tạo từ alginate có kích thước hạt từ 60-80 nm, cho thấy khả năng phân tán ổn định và hoạt tính sinh học vượt trội. Các hạt nano này không chỉ có khả năng ức chế enzyme α-glucosidase mà còn thể hiện hoạt tính trên nhiều dòng tế bào ung thư. Nghiên cứu cho thấy, hạt nano tỏi đen có thể hạ đường huyết ở chuột bệnh tiểu đường, từ 421 mg/dL xuống còn 195 mg/dL sau 21 ngày điều trị. Điều này chứng tỏ rằng, việc ứng dụng công nghệ nano không chỉ nâng cao giá trị dinh dưỡng mà còn mở ra tiềm năng trong điều trị bệnh.

IV. Tác động của nhiệt độ và thời gian chế biến đến hoạt chất sinh học

Nghiên cứu đã chỉ ra rằng, nhiệt độ và thời gian chế biến có ảnh hưởng lớn đến hàm lượng các hoạt chất sinh học trong tỏi. Việc xử lý nhiệt ở nhiệt độ 58,78°C trong 12,25 giờ là điều kiện tối ưu để sấy tỏi đen, giúp duy trì hàm lượng các hoạt chất sinh học ở mức cao nhất. Ngoài ra, việc bảo quản tỏi ở nhiệt độ mát (5°C) trong bao bì nhôm cũng giúp duy trì chất lượng sản phẩm trong thời gian dài. Những phát hiện này không chỉ có ý nghĩa trong việc chế biến tỏi mà còn trong việc bảo quản và sử dụng tỏi một cách hiệu quả.

V. Kết luận và triển vọng nghiên cứu

Nghiên cứu đã khẳng định rằng, việc nâng cao giá trị của các hoạt chất sinh học trong tỏi thông qua kỹ thuật lên men, xử lý nhiệt và ứng dụng công nghệ nano là khả thi và có tiềm năng lớn. Các sản phẩm từ tỏi như tỏi đen và tỏi lên men không chỉ có giá trị dinh dưỡng cao mà còn có thể được ứng dụng trong y học và thực phẩm chức năng. Tương lai, cần tiếp tục nghiên cứu sâu hơn về các phương pháp chế biến và bảo quản để tối ưu hóa lợi ích sức khỏe từ tỏi.

Nội dung chính

Tổng quan luận án

Tính cấp thiết và khoảng trống nghiên cứu

Tỏi (Allium sativum L.) là cây gia vị và dược liệu truyền thống được canh tác phổ biến tại Việt Nam ở các địa phương như Ninh Thuận, Quảng Ngãi, Hải Dương, Bắc Giang. Củ tỏi chứa nguồn hợp chất lưu huỳnh hữu cơ và hoạt tính chống oxy hóa cao, mang lại nhiều lợi ích sức khỏe như kháng khuẩn, giảm lipid máu, ngăn ngừa xơ vữa động mạch và hỗ trợ ức chế tế bào ung thư. Tuy nhiên, việc sử dụng tỏi tươi trực tiếp bị hạn chế do mùi hăng cay nồng và nguy cơ gây kích ứng đường tiêu hóa. Tại Việt Nam, sau thu hoạch, nông dân chủ yếu phơi nắng tự nhiên và lưu kho truyền thống, khiến tỏi dễ bị thối hỏng, óp tép, mất nước và suy giảm chất lượng thương phẩm.

Các phương pháp chế biến như xử lý nhiệt (lão hóa tạo tỏi đen) và lên men acid lactic giúp loại bỏ mùi hăng cay, gia tăng hàm lượng các hợp chất sinh học có lợi như polyphenol, flavonoid, và S-allyl-L-cysteine (SAC). Mặc dù vậy, đa số nghiên cứu trong nước trước đây chỉ tập trung vào việc tạo ra sản phẩm tỏi đen đơn thuần mà chưa khảo sát toàn diện các biến đổi hóa lý, chưa tối ưu hóa quy trình kiểm soát động học biến đổi hoạt chất, cũng như chưa kiểm soát tối ưu quy trình lên men tỏi lactic. Mặt khác, các hoạt chất sinh học quý trong tỏi có sinh khả dụng thấp khi hấp thu qua đường tiêu hóa thông thường. Việc ứng dụng công nghệ nano để tạo ra hệ chất mang kích thước dưới 100 nm nhằm bao gói, bảo vệ và tăng khả năng hấp thu của các hoạt chất từ tỏi đen chưa từng được công bố đầy đủ trong và ngoài nước. Luận án được thực hiện nhằm giải quyết đồng bộ chuỗi giá trị từ thu hoạch, bảo quản nguyên liệu, tối ưu hóa công nghệ chế biến tỏi đen và tỏi lên men lactic, đến việc chế tạo hệ dẫn nano và kiểm chứng hoạt tính sinh học in vitro và in vivo.

Mục tiêu nghiên cứu

1. Mục tiêu chung: Nâng cao và cải thiện sinh khả dụng của các chất có hoạt tính sinh học trong tỏi thông qua quy trình chế biến sản phẩm tỏi (tỏi đen và tỏi lên men lactic) và công nghệ nano.

2. Mục tiêu cụ thể:

1. Xác định ảnh hưởng của thời điểm thuần thục và điều kiện bảo quản tỏi tươi đến đặc tính lý học cùng các hợp chất sinh học trong quá trình tồn trữ; chọn thời điểm thu hoạch và điều kiện tồn trữ thích hợp cho chế biến.
2. Xác định các thông số tối ưu cho quá trình sản xuất tỏi đen và tỏi lên men lactic nhằm gia tăng hàm lượng hoạt chất sinh học và hoạt tính chống oxy hóa.
3. Xác định điều kiện tồn trữ thích hợp cho hai dòng sản phẩm tỏi đen và tỏi lên men lactic.
4. Xây dựng quy trình trích ly hoạt chất từ tỏi đen và chế tạo hệ hạt nano tỏi đen mang hoạt chất sinh học đạt kích thước thích hợp (xấp xỉ hoặc dưới 100 nm), hình thái gần hình cầu và độ ổn định cao.
5. Đánh giá hiệu quả hoạt tính sinh học của hệ nano tỏi đen thông qua các thử nghiệm in vitro và in vivo.

Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

• Đối tượng nghiên cứu: Tỏi tươi cổ mềm giống địa phương (Allium sativum L.) thu hoạch tại vùng chuyên canh phường Văn Hải, thành phố Phan Rang - Tháp Chàm, tỉnh Ninh Thuận qua các niên vụ mùa màng năm 2014, 2015, 2016 và 2017.
• Phạm vi không gian: Thực hiện nghiên cứu chế biến, phân tích hóa lý và động học tại Bộ môn Công nghệ Thực phẩm (Khoa Nông nghiệp), Viện Nghiên cứu và Phát triển Công nghệ Sinh học, Phòng Thí nghiệm Chuyên sâu thuộc Trường Đại học Cần Thơ. Chế tạo hệ nano và thử nghiệm hoạt tính sinh học tại các đơn vị thuộc Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam (Viện Khoa học Vật liệu, Viện Hóa học, Viện Công nghệ Sinh học, Viện Kỹ thuật Nhiệt đới, Viện Hóa học các hợp chất thiên nhiên).
• Phạm vi thời gian: Toàn bộ dữ liệu thực nghiệm được thu thập và triển khai từ tháng 06/2014 đến tháng 03/2018.

---

Tổng quan tài liệu và vị trí của luận án

Các hướng nghiên cứu trước đây

1. Thu hoạch và bảo quản tỏi tươi sau thu hoạch:

   • Rajesh và Yu (2010) khảo sát ảnh hưởng của các giai đoạn thu hoạch (chưa thuần thục, thuần thục tối ưu, vượt quá thuần thục) trên 2 giống tỏi Great Leaf Black và Ho-mei, chỉ ra việc thu hoạch sớm gây hao hụt khối lượng cao và vỏ củ biến màu.
   • Choi và ctv. (2012) nghiên cứu điều kiện bảo quản khí quyển kiểm soát (CA: $3%\text{ O}_2, 5%\text{ CO}_2, -1^{\circ}\text{C}$), nhiệt độ thấp ($-1^{\circ}\text{C}$) và nhiệt độ phòng trên giống tỏi Seosan và Daeseo, theo dõi sự suy giảm acid pyruvic và mức độ hóa xanh.
   • Geraldine và ctv. (2008) ứng dụng màng phủ agar-agar ($1%$) kết hợp chitosan ($0,2%$) và acid acetic ($0,2%$) giúp giảm 3 lần độ tổn thất ẩm và giảm 50% cường độ hô hấp của tỏi.
   • Selen và Nilgün (2012) tổng kết điều kiện bảo quản tỏi tại Thổ Nhĩ Kỳ ở $0\text{–}5^{\circ}\text{C}$, độ ẩm $60\text{–}70%$ RH.

2. Chế biến tỏi đen và động học biến đổi hoạt chất:

   • Jang và ctv. (2008), Bae và ctv. (2012, 2014) chứng minh quá trình ủ nhiệt ẩm biến đổi alliin không bền thành các hợp chất hòa tan ổn định như S-allyl-L-cysteine (SAC) và làm tăng hoạt tính quét gốc tự do DPPH từ $6,21%$ lên $44,77%$ khi gia nhiệt ở $85^{\circ}\text{C}$ trong 45 ngày.
   • Kodera và ctv. (2002) xác định cơ chế thủy phân $\gamma\text{-glutamyl-}S\text{-allyl-L-cysteine}$ (GSAC) thành SAC nhờ enzyme $\gamma\text{-glutamyl transpeptidase}$ ($\gamma$-GTP).
   • Tại Việt Nam, Đề tài KC10 (Học viện Quân y) nghiên cứu lên men tỏi Lý Sơn ghi nhận đường tổng tăng 13 lần, SAC tăng 6 lần; Nguyễn Đức Vượng và ctv. (2017) ủ nhiệt tỏi Quảng Bình ở $70^{\circ}\text{C}$ trong 35–55 ngày; Nguyễn Thị Tình và ctv. (2017) nghiên cứu tỏi đen Cao Bằng; Vũ Đình Tiến và ctv. (2014) trích ly SAC bằng sóng siêu âm đạt hiệu suất $87,36%$; Vũ Bình Dương và ctv. (2014, 2016) nghiên cứu phun sấy cao khô tỏi đen và xác lập tiêu chuẩn kiểm nghiệm.

3. Chế biến tỏi lên men acid lactic:

   • Casado và ctv. (2004) phân tích các đặc tính hóa lý, acid hữu cơ và hàm lượng acid amin của các mẫu tỏi muối chua thương phẩm tại Tây Ban Nha.
   • de Castro và ctv. (1998) khảo sát lên men tỏi chần và không chần với chủng Lactobacillus plantarum trong dung dịch nước muối, nhận thấy việc chần ngăn ngừa hiện tượng tăng pH bất lợi.
   • Kim và ctv. (2008) ngâm tỏi trong acid acetic $2%$ và NaCl ở $20^{\circ}\text{C}$ trong 60 ngày, ghi nhận hàm lượng allicin giảm $5,9%$ ở ngày thứ 40 và tương quan chặt chẽ với sự giảm vị cay nồng cảm quan ($r = 0,9646$).

4. Công nghệ nano ứng dụng trên hoạt chất của tỏi:

   • Wang và ctv. (2012) dùng $\beta$-cyclodextrin và tinh bột bao bọc allicin ở kích thước micromet để cải thiện độ bền; Lu và ctv. (2014) điều chế nanoliposome allicin bằng phương pháp bốc hơi ngược pha.
   • Vũ Bình Dương và Hồ Anh Sơn (2015, 2016) chứng minh cao khô tỏi đen ức chế dòng tế bào ung thư phổi A549 ($IC_{50} = 10,57\text{ mg/mL}$) và an toàn ở liều uống $10\text{ g/kg}$; Phạm Xuân Phong và Hồ Anh Sơn (2015) ghi nhận tỏi đen gây chết apoptosis tế bào HT-29 và ức chế u gan trên chuột thiếu hụt miễn dịch.

Khoảng trống luận án lựa chọn giải quyết

Luận án giải quyết khoảng trống về thiếu hụt dữ liệu khoa học toàn diện đối với tỏi đặc sản Phan Rang; xây dựng mô hình toán học và bề mặt đáp ứng (RSM) mô tả động học suy giảm/tăng sinh hoạt chất sinh học (polyphenol, flavonoid, thiosulfinate, SAC); tối ưu hóa thông số sấy và bảo quản tỏi đen/tỏi lên men lactic; chế tạo thành công hạt nano tỏi đen sử dụng chất mang polymer sinh học alginate mạch ngắn đạt kích thước dưới 100 nm và đánh giá hoạt tính sinh học đa chiều (in vitro kháng khuẩn, ức chế 6 dòng ung thư, ức chế $\alpha$-glucosidase/AChE và in vivo hạ đường huyết trên chuột tiểu đường).

---

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Cơ sở lý thuyết và khung phân tích

• Hóa sinh chuyển hóa hợp chất lưu huỳnh trong tỏi: Quá trình biến đổi alliin thành allicin thông qua enzyme alliinase khi mô thực vật bị tổn thương, và sự phân hủy tiếp theo thành các diallyl sulfide, ajoene. Quá trình lão hóa nhiệt ẩm chuyển hóa GSAC thành SAC nhờ sự xúc tác của $\gamma$-GTP.
• Hóa học phản ứng Maillard: Phản ứng giữa nhóm amin tự do của amino acid/peptide với đường khử trong quá trình ủ nhiệt độ cao, tạo phức màu melanoidin, sản phẩm chuyển vị Amadori (fructosyl arginine) đóng vai trò chất quét gốc tự do $H_2O_2$.
• Lý thuyết lên men lactic: Chuyển hóa đường bằng con đường Embden-Meyerhof-Parnas (đồng hình) của Lactobacillus plantarum, hạ pH môi trường, ức chế vi sinh vật gây thối và làm giảm thiosulfinate gây cay nồng.
• Khoa học nano và polymer sinh học: Sử dụng sodium alginate tự nhiên (cấu tạo từ acid $\alpha$-L-guluronic và $\beta$-D-mannuronic liên kết 1,4-glycosidic) làm chất bao mang hoạt chất sinh học theo cơ chế cuộn mạch và tương tác tĩnh điện, nâng cao tính thấm qua niêm mạc ruột.

Phương pháp nghiên cứu thực nghiệm

• Xác định chỉ tiêu hóa lý và hoạt tính sinh học:
  • Hàm lượng polyphenol tổng số (TPC): Đo quang phổ so màu với thuốc thử Folin-Ciocalteu, biểu thị bằng mg Gallic Acid Equivalent (mg GAE/g chất khô).
  • Hàm lượng flavonoid tổng số (TFC): Đo quang phổ tạo phức màu với nhôm clorua, biểu thị bằng mg Quercetin Equivalent (mg QE/g chất khô).
  • Hàm lượng thiosulfinate: Xác định bằng phản ứng với 4-mercaptopyridine (4-PDS) đo mật độ quang ở bước sóng 324 nm ($\mu\text{mol/g}$ chất khô).
  • Hoạt tính chống oxy hóa: Phương pháp trung hòa gốc tự do DPPH, tính theo tỷ lệ phần trăm quét gốc tự do (%).
  • Định lượng S-allyl-L-cysteine (SAC): Sắc ký lỏng hiệu năng cao đầu dò tử ngoại (HPLC-UVD, Shimadzu) sử dụng cột sắc ký LiChroCART (Merck, Đức).
• Phương pháp mô hình hóa và phân tích số liệu:
  • Động học biến đổi hoạt chất: Mô hình hóa phản ứng bậc 0, bậc 1 và phương trình Arrhenius.
  • Phương pháp bề mặt đáp ứng (RSM - Response Surface Methodology) với mô hình đa thức bậc hai để tối ưu hóa quá trình sấy tỏi đen.
  • Phân tích thống kê: Phân tích phương sai (ANOVA), kiểm định Fisher/Duncan trên phần mềm Statgraphics/Design Expert.
• Phương pháp đặc trưng vật liệu nano:
  • Hình thái và kích thước hạt: Kính hiển vi điện tử quét phát xạ trường (FE-SEM, Hitachi S-4800).
  • Phân bố kích thước hạt và điện thế Zeta: Máy tán xạ ánh sáng động (DLS, Zetasizer Nano).
  • Tương tác nhóm chức: Quang phổ hồng ngoại chuyển đổi Fourier (FT-IR).
• Phương pháp thử nghiệm sinh học:
  • In vitro tế bào ung thư: Phương pháp MTT trên các dòng tế bào: KB (ung thư biểu mô biểu bì miệng), HepG2 (ung thư gan), A549 (ung thư phổi), Vero (biểu mô thận khỉ), RD (ung thư mô liên kết/ung thư da), MCF-7 (ung thư vú).
  • In vitro kháng vi sinh vật: Thử nghiệm khuếch tán giếng thạch trên 7 chủng vi sinh vật chỉ thị.
  • In vitro ức chế enzyme: Thử nghiệm ức chế enzyme $\alpha$-glucosidase (liên quan tiểu đường) và acetylcholinesterase (AChE, liên quan Alzheimer).
  • In vivo: Thử nghiệm độc tính cấp/độ an toàn ở liều 250 mg/kg thể trọng; thử nghiệm hạ đường huyết trên chuột nhắt trắng gây đái tháo đường bằng alloxan monohydrate (liều 135 mg/kg).

Thiết bị và nguồn dữ liệu

Thí nghiệm sử dụng cân phân tích Ohaus PX224/E, máy đo cấu trúc Rheotex SD700, máy đo quang phổ UV-Vis 722N, tủ đông Sanyo SF-CR27K, tủ sấy Amerex CV250, tủ ủ tỏi đen chuyên dụng có điều khiển nhiệt - ẩm. Dữ liệu được ghi nhận lặp lại tối thiểu 3 lần cho mỗi nghiệm thức.

---

Nội dung chính theo từng chương

Chương 1: Giới thiệu

Chương này thiết lập cơ sở khoa học và thực tiễn của đề tài, nêu bật vai trò của tỏi Phan Rang trong phát triển kinh tế nông nghiệp địa phương và các rào cản trong tiêu thụ tươi. Chương 1 định hình rõ 3 nội dung nghiên cứu lớn: (1) Khảo sát đặc tính tỏi trong quá trình thuần thục và tồn trữ; (2) Tối ưu hóa quy trình chế biến sản phẩm tỏi đen và tỏi lên men lactic; (3) Trích ly, chế tạo và thử nghiệm hệ nano tỏi đen. Toàn bộ các câu hỏi nghiên cứu, tính mới, ý nghĩa lý luận và giá trị ứng dụng thực tiễn được xác lập chi tiết.

Chương 2: Tổng quan tài liệu

Phân tích có hệ thống các tài liệu học thuật về nguồn gốc thực vật họ Lily của tỏi, cấu tạo tỏi cổ cứng và cổ mềm, thành phần hóa học với hơn 200 hợp chất, đặc biệt là nhóm hợp chất hữu cơ chứa lưu huỳnh. Trình bày chi tiết lý thuyết phản ứng Maillard, cơ chế tích tụ hợp chất SAC, các con đường lên men lactic và cơ chế bảo vệ màng sinh học khi bao gói nano bằng alginate. Tổng kết các công trình trong và ngoài nước để xác lập vị trí khoa học của luận án.

Chương 3: Phương tiện và phương pháp

Trình bày chi tiết địa điểm thu mẫu nguyên liệu tại Ninh Thuận; hóa chất chuẩn, chủng vi khuẩn Lactobacillus plantarum, động vật thực nghiệm (chuột nhắt trắng). Quy trình bố trí thí nghiệm cho từng nội dung:

• Thí nghiệm khảo sát độ tuổi thu hoạch (120, 125, 130, 135, 140 ngày sau gieo) và các mức nhiệt độ tồn trữ ($0^{\circ}\text{C}, 5^{\circ}\text{C}, 15^{\circ}\text{C}, 30^{\circ}\text{C}$).
• Thí nghiệm tiền xử lý tỏi đen (chần ở $70\text{–}90^{\circ}\text{C}$; đông lạnh ở $-18^{\circ}\text{C}$ từ 12–48 giờ); khảo sát nhiệt độ ủ ($60^{\circ}\text{C}, 70^{\circ}\text{C}, 80^{\circ}\text{C}$); tối ưu hóa thông số sấy tỏi đen bằng RSM.
• Thí nghiệm chế biến tỏi lên men lactic: Khảo sát chế độ chần, nồng độ NaCl ($1%\text{–}5%$), mật độ L. plantarum ($10^5\text{–}10^7\text{ CFU/mL}$) và bổ sung nguyên liệu phụ (hành lá, hành tây, hành tím).
• Quy trình trích ly tỏi đen, chế tạo hạt nano alginate theo các tỷ lệ phối trộn dịch trích/alginate ($1/1, 2/1, 3/1, 1/2, 1/3$) và các quy trình thử nghiệm sinh học.

Chương 4: Kết quả và thảo luận

4.1. Sự thay đổi đặc tính lý học và hợp chất có hoạt tính sinh học của củ tỏi trong quá trình thuần thục và tồn trữ

• Độ tuổi thu hoạch: Củ tỏi đạt chất lượng tốt nhất ở thời điểm 130–135 ngày sau khi gieo. Ở giai đoạn này, củ tỏi có kích thước đường kính tối ưu, tích tụ hàm lượng chất khô cao nhất, hàm lượng thiosulfinate và polyphenol đạt đỉnh, đồng thời cường độ hô hấp của củ ở mức thấp, giúp hạn chế tiêu hao vật chất trong bảo quản.
• Nhiệt độ tồn trữ: Tồn trữ ở nhiệt độ thấp ($0^{\circ}\text{C}$) duy trì độ cứng, hạn chế nảy mầm và ức chế tổn thất khối lượng hiệu quả nhất lên đến 180 ngày. Nhiệt độ môi trường ($30^{\circ}\text{C}$) làm củ tỏi mất nước nhanh, giảm độ cứng và phân hủy nhanh hoạt chất thiosulfinate.
• Bao bì bảo quản: Bao bì vải lưới ở $0^{\circ}\text{C}$ cho tỷ lệ hao hụt khối lượng thấp nhất và duy trì độ thông thoáng thích hợp so với các loại bao bì kín khác.

4.2. Nâng cao các chất có hoạt tính sinh học trong củ tỏi thông qua quy trình chế biến sản phẩm tỏi đen và tỏi lên men lactic

• Chế biến tỏi đen:
  • Tiền xử lý: Quá trình lạnh đông tỏi nguyên củ ở $-18^{\circ}\text{C}$ trong 36 giờ phá vỡ cấu trúc màng tế bào một cách có kiểm soát, tạo điều kiện thuận lợi cho các cơ chất tiếp xúc và phản ứng trong quá trình ủ. Biện pháp này giúp tăng hàm lượng TPC, TFC và hoạt tính DPPH cao hơn đáng kể so với mẫu không tiền xử lý hoặc mẫu chần.
  • Nhiệt độ ủ (lão hóa): Xử lý nhiệt ở $70^{\circ}\text{C}$ là nhiệt độ thích hợp nhất, hàm lượng polyphenol tổng số tăng gấp 6,5 lần so với tỏi tươi ban đầu, hàm lượng SAC tăng vượt trội trong khi hàm lượng thiosulfinate giảm dần.
  • Tối ưu hóa quá trình sấy: Áp dụng phương pháp bề mặt đáp ứng (RSM) xác định được thông số sấy tỏi đen tối ưu ở nhiệt độ $58,78^{\circ}\text{C}$ trong thời gian 12,25 giờ, giúp sản phẩm đạt độ ẩm thương phẩm tiêu chuẩn mà không làm tổn thất các hợp chất sinh học nhạy nhiệt.
  • Bảo quản tỏi đen: Sản phẩm tỏi đen duy trì chất lượng cảm quan và hoạt chất sinh học tốt nhất khi được đóng gói trong bao bì nhôm và lưu trữ ở nhiệt độ mát ($5^{\circ}\text{C}$).

Chỉ tiêu / Điều kiện	Tỏi tươi nguyên liệu	Tỏi đen thành phẩm ($70^{\circ}\text{C}$, sấy tối ưu)	Tỏi lên men lactic (sau 6 ngày lên men)
Hàm lượng Polyphenol (TPC)	Cơ sở đối chứng	Tăng 6,5 lần so với tỏi tươi	Tăng đáng kể so với tỏi chần
Hàm lượng Flavonoid (TFC)	Mức cơ bản	Tăng mạnh sau quá trình ủ	Tăng cao cùng thời gian lên men
Hàm lượng Thiosulfinate	Rất cao (gây hăng cay)	Giảm mạnh, chuyển thành SAC	Giảm sâu sau 6 ngày lên men
Vị cay và mùi hăng	Rất nồng, cay gắt	Vị ngọt dịu, cấu trúc dẻo mềm	Chua nhẹ, dịu mùi hăng
Điều kiện tồn trữ thích hợp	$0^{\circ}\text{C}$, bao bì vải lưới (180 ngày)	$5^{\circ}\text{C}$, bao bì nhôm	$4\text{–}6^{\circ}\text{C}$, dịch thanh trùng (2 tháng)

• Chế biến tỏi lên men lactic:
  • Tiền xử lý chần: Chần tép tỏi ở $80^{\circ}\text{C}$ trong thời gian 90 giây giúp vô hoạt enzyme polyphenol oxidase gây biến màu, giữ cấu trúc tép tỏi và giảm thiểu sự tổn thất polyphenol, flavonoid.
  • Lên men acid lactic: Nghiệm thức lên men tối ưu sử dụng chủng Lactobacillus plantarum với mật số $10^6\text{ CFU/mL}$, nồng độ muối NaCl $1%$. Sau 6 ngày lên men, pH giảm nhanh xuống dưới 4,0, lượng thiosulfinate giảm rõ rệt giúp mất vị cay hăng, trong khi hàm lượng TPC, TFC và hoạt tính chống oxy hóa tăng cao.
  • Bổ sung nguyên liệu phụ và bảo quản: Bổ sung hành lá, hành tây, hành tím làm tăng giá trị cảm quan. Sản phẩm bảo quản trong dung dịch lên men đã thanh trùng ở $4\text{–}6^{\circ}\text{C}$ duy trì ổn định chất lượng trong thời gian 2 tháng.

4.3. Trích ly, chế tạo và đặc trưng hệ hạt nano tỏi đen

• Trích ly: Khảo sát dung môi và tỷ lệ trích ly thích hợp để thu hồi tối đa hàm lượng polyphenol, flavonoid và SAC từ tỏi đen làm nguyên liệu tạo hạt nano.
• Đặc trưng hệ nano:
  • Kính hiển vi điện tử quét phát xạ trường (FE-SEM) cho thấy hạt nano tỏi đen tạo bởi alginate có kích thước hạt đồng đều trong khoảng 60–80 nm, hình thái gần hình cầu.
  • Phép đo DLS xác định kích thước thủy động phân bố trong nước đạt 109–178 nm.
  • Điện thế Zeta đạt từ -11,0 mV đến -22,5 mV, chứng minh hệ nano có độ phân tán và độ bền huyền phù ổn định trong môi trường nước.
  • Quang phổ FT-IR xác nhận sự hiện diện của các nhóm chức đặc trưng của tỏi đen và chất mang alginate, không xuất hiện các đỉnh phổ liên kết hóa học mới lạ, khẳng định quá trình chế tạo là quá trình bao gói vật lý an toàn.

Thông số đặc trưng	Giá trị thực nghiệm	Phương pháp phân tích
Kích thước hạt nano (khô)	60 – 80 nm	Kính hiển vi điện tử quét FE-SEM
Kích thước phân bố trong nước	109 – 178 nm	Tán xạ ánh sáng động (DLS)
Điện thế Zeta	-11,0 đến -22,5 mV	Đo điện thế bề mặt Zetasizer
Tương tác hóa học mới	Không hình thành chất mới	Quang phổ hồng ngoại FT-IR
Chất mang bao bọc	Polymer alginate mạch ngắn	Biopolymer tự nhiên

4.4. Hoạt tính sinh học in vitro và in vivo của hệ nano tỏi đen

• Độc tính tế bào ung thư (in vitro): Hệ nano tỏi đen biểu hiện hoạt tính ức chế sinh trưởng mạnh trên 5 dòng tế bào ung thư: biểu mô biểu bì miệng (KB), ung thư gan (HepG2), ung thư phổi (A549), tế bào biểu mô thận khỉ (Vero), và ung thư da (RD); kết quả âm tính (không thể hiện hoạt tính độc tế bào) đối với dòng tế bào ung thư vú (MCF-7). Hoạt tính của hệ nano vượt trội so với dịch chiết tỏi đen thông thường ở cùng nồng độ.
• Kháng vi sinh vật (in vitro): Hệ nano tỏi đen thể hiện hoạt tính kháng khuẩn và kháng nấm rõ rệt trên tất cả 7 dòng vi sinh vật thử nghiệm.
• Ức chế enzyme liên quan đến bệnh lý (in vitro): Hệ nano tỏi đen có khả năng ức chế mạnh enzyme $\alpha$-glucosidase (liên quan đến bệnh tiểu đường), tuy nhiên không thể hiện hoạt tính ức chế enzyme acetylcholinesterase (AChE, liên quan đến bệnh Alzheimer).
• Thử nghiệm an toàn và hạ đường huyết (in vivo):
  • Thử nghiệm độ an toàn trên chuột nhắt trắng ở liều 250 mg/kg thể trọng trong 7 ngày không gây ra bất kỳ dấu hiệu ngộ độc hay thay đổi bất thường về thể trạng.
  • Thử nghiệm trên chuột bị gây tiểu đường bằng alloxan monohydrate (135 mg/kg): Sử dụng hệ nano tỏi đen liên tục trong 21 ngày giúp hạ đường huyết từ mức $421\text{ mg/dL}$ xuống còn $195\text{ mg/dL}$.

Chương 5: Kết luận và đề nghị

Tổng hợp toàn bộ các thông số kỹ thuật cốt lõi đã đạt được từ khâu nguyên liệu, chế biến tỏi đen, tỏi lên men lactic đến sản xuất hệ hạt nano tỏi đen. Đưa ra các đề xuất tiếp tục nghiên cứu nâng quy mô sản xuất và mở rộng thử nghiệm lâm sàng chuyên sâu.

---

Kết quả và những đóng góp mới

Đóng góp mới về mặt lý luận và khoa học

1. Cung cấp bộ dữ liệu khoa học hoàn chỉnh về sự biến đổi hóa lý, sinh học và cường độ hô hấp của giống tỏi địa phương Ninh Thuận theo các giai đoạn thuần thục và điều kiện nhiệt độ tồn trữ.
2. Thiết lập và kiểm chứng các mô hình toán học mô tả động học suy giảm thiosulfinate và động học tích lũy/suy giảm polyphenol, flavonoid trong quá trình xử lý nhiệt, chần và lão hóa tỏi đen.
3. Ứng dụng thành công phương pháp bề mặt đáp ứng (RSM) để mô hình hóa và tối ưu hóa đa mục tiêu quá trình sấy tỏi đen nhằm cực đại hóa các hoạt chất sinh học và năng lực chống oxy hóa DPPH.
4. Làm sáng tỏ cơ chế bao gói hoạt chất tỏi đen bằng polymer sinh học alginate, chế tạo thành công hạt nano kích thước dưới 100 nm, chứng minh bằng phổ FT-IR và kích thước hạt FE-SEM, bổ sung dữ liệu khoa học về khả năng gia tăng sinh khả dụng của hệ dẫn nano tỏi đen.

Đóng góp mới về mặt thực tiễn và ứng dụng

1. Xác lập quy trình công nghệ thu hoạch tỏi ở 130–135 ngày sau gieo và tồn trữ ở $0^{\circ}\text{C}$ trong bao bì vải lưới giúp kéo dài thời gian bảo quản lên 180 ngày mà vẫn duy trì chất lượng cao phục vụ chế biến công nghiệp.
2. Xây dựng quy trình công nghệ sản xuất tỏi đen hoàn chỉnh với bước tiền xử lý đông lạnh $-18^{\circ}\text{C}$ trong 36 giờ, ủ ở $70^{\circ}\text{C}$ và sấy ở $58,78^{\circ}\text{C}$ trong 12,25 giờ; đóng gói bao bì nhôm tồn trữ ở $5^{\circ}\text{C}$.
3. Xây dựng quy trình chế biến tỏi lên men lactic ổn định với thông số chần $80^{\circ}\text{C}$ trong 90 giây, lên men cùng Lactobacillus plantarum ($10^6\text{ CFU/mL}$, NaCl $1%$) trong 6 ngày, bảo quản ở $4\text{–}6^{\circ}\text{C}$ trong 2 tháng.
4. Đưa ra quy trình chế tạo hệ nano tỏi đen có tính năng kháng khuẩn, ức chế enzyme $\alpha$-glucosidase, gây độc tế bào ung thư (miệng, gan, phổi, da, thận khỉ) và chứng minh hiệu quả hạ đường huyết thực nghiệm in vivo trên chuột tiểu đường từ $421\text{ mg/dL}$ xuống $195\text{ mg/dL}$.

---

Hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp

Hạn chế của luận án

• Đối tượng nghiên cứu thực nghiệm tập trung chuyên biệt vào giống tỏi cổ mềm tại Ninh Thuận, chưa so sánh đối chứng mở rộng trên các giống tỏi khác như tỏi Lý Sơn, tỏi tía Bắc Giang trong cùng một mô hình nano hóa.
• Hoạt tính ức chế enzyme chỉ ghi nhận hiệu quả với $\alpha$-glucosidase nhưng âm tính (không có tác dụng) đối với enzyme acetylcholinesterase (AChE) liên quan đến bệnh Alzheimer; hoạt tính độc tế bào ung thư âm tính đối với dòng tế bào ung thư vú (MCF-7).
• Thời gian theo dõi bảo quản sản phẩm dừng lại ở 180 ngày đối với tỏi tươi và 2 tháng đối với tỏi lên men lactic.
• Thử nghiệm sinh học in vivo chỉ tập trung vào mô hình hạ đường huyết trên chuột tiểu đường do alloxan, chưa thực hiện thử nghiệm in vivo kéo dài trên chuột mang khối u ung thư ghép.

Hướng nghiên cứu tiếp theo

• Nghiên cứu mở rộng thử nghiệm hệ nano tỏi đen trên các mô hình động vật thực nghiệm khác nhau về khả năng kháng u in vivo.
• Mở rộng nghiên cứu quy trình công nghệ nano tỏi đen trên quy mô pilot và công nghiệp hóa.
• Khảo sát độ ổn định và hạn sử dụng của hệ nano tỏi đen ở các dạng bào chế thương mại khác nhau (viên nang mềm, hỗn dịch uống).

---

Giá trị tham khảo

Đối tượng thụ hưởng và ứng dụng

• Nghiên cứu sinh và học viên sau đại học ngành Công nghệ Thực phẩm, Hóa sinh, Dược học: Tham khảo phương pháp xây dựng mô hình động học phản ứng, ứng dụng phương pháp bề mặt đáp ứng (RSM) trong tối ưu hóa quy trình sấy và kỹ thuật phân tích HPLC định lượng SAC.
• Các nhà khoa học lĩnh vực Vật liệu Y sinh và Công nghệ Nano: Tham khảo quy trình bao gói hoạt chất thiên nhiên sử dụng polymer sinh học alginate, phương pháp phân tích FE-SEM, DLS, FT-IR và các quy trình thử nghiệm sinh học in vitro / in vivo.
• Các doanh nghiệp sản xuất chế biến nông sản và thực phẩm chức năng: Ứng dụng trực tiếp thông số công nghệ tiền xử lý đông lạnh để sản xuất tỏi đen chất lượng cao, quy trình tỏi muối chua bằng chủng vi khuẩn lactic thuần khiết và công nghệ bảo quản nguyên liệu tươi.
• Cơ quan quản lý nông nghiệp và khuyến nông: Định hướng nông dân vùng chuyên canh tỏi Phan Rang thu hoạch đúng độ thuần thục (130–135 ngày) nhằm nâng cao giá trị kinh tế và giảm tổn thất sau thu hoạch.

---

Câu hỏi thường gặp

1. Tại sao biện pháp tiền xử lý lạnh đông ở $-18^{\circ}\text{C}$ trong 36 giờ lại giúp tăng hàm lượng hoạt chất sinh học trong tỏi đen?

Quá trình lạnh đông ở $-18^{\circ}\text{C}$ tạo ra các tinh thể đá làm phá vỡ cấu trúc màng tế bào của tép tỏi một cách có kiểm soát. Khi đưa vào quá trình ủ nhiệt ẩm, các cơ chất nội bào bị vỡ dễ dàng thoát ra ngoài và tiếp xúc với các enzyme nội tại (như $\gamma$-glutamyl transpeptidase), thúc đẩy nhanh các phản ứng thủy phân chuyển hóa GSAC thành SAC, đồng thời giải phóng các hợp chất polyphenol và flavonoid từ trạng thái liên kết sang trạng thái tự do, giúp hàm lượng hoạt chất và hoạt tính chống oxy hóa cao hơn hẳn so với tỏi không qua tiền xử lý.

2. Thông số tối ưu của quá trình sấy tỏi đen được xác định bằng phương pháp nào và giá trị cụ thể là bao nhiêu?

Quá trình sấy tỏi đen được tối ưu hóa bằng phương pháp bề mặt đáp ứng (RSM) kết hợp mô hình đa thức bậc hai. Kết quả thực nghiệm xác định được chế độ sấy tối ưu là nhiệt độ $58,78^{\circ}\text{C}$ với thời gian sấy $12,25\text{ giờ}$, giúp sản phẩm đạt độ ẩm tiêu chuẩn mà vẫn duy trì tối đa hàm lượng polyphenol tổng số, flavonoid tổng số và hoạt tính dập tắt gốc tự do DPPH.

3. Quy trình lên men lactic tỏi sử dụng chủng vi sinh vật nào và điều kiện lên men tối ưu ra sao?

Quy trình sử dụng chủng vi khuẩn acid lactic thuần chủng Lactobacillus plantarum với mật độ ban đầu $10^6\text{ CFU/mL}$. Tép tỏi sau khi chần ở $80^{\circ}\text{C}$ trong 90 giây được lên men trong dung dịch muối NaCl nồng độ $1%$. Quá trình lên men đạt kết quả tốt nhất sau 6 ngày, đưa pH xuống dưới 4,0, loại bỏ vị cay hăng do phân giải thiosulfinate và bảo quản ổn định trong 2 tháng ở $4\text{–}6^{\circ}\text{C}$ trong dung dịch thanh trùng.

4. Kích thước và đặc tính lý hóa của hệ hạt nano tỏi đen được chế tạo trong luận án như thế nào?

Hạt nano tỏi đen sử dụng chất mang sodium alginate mạch ngắn có kích thước quan sát dưới kính hiển vi điện tử quét phát xạ trường (FE-SEM) đạt 60–80 nm và kích thước thủy động đo qua DLS đạt 109–178 nm. Hệ hạt có độ ổn định phân tán tốt với điện thế Zeta từ -11,0 mV đến -22,5 mV và phổ FT-IR chứng minh không hình thành liên kết hay hợp chất hóa học mới trong quá trình bao bọc.

5. Hệ nano tỏi đen có tác dụng sinh học thực nghiệm nào nổi bật trên mô hình in vitro và in vivo?

Trên mô hình in vitro, hệ nano tỏi đen thể hiện hoạt tính gây độc/ức chế tế bào ung thư miệng, gan, phổi, thận khỉ, da (âm tính với ung thư vú), kháng 7 dòng vi sinh vật và ức chế enzyme $\alpha$-glucosidase. Trên mô hình in vivo, hệ nano chứng minh an toàn ở liều 250 mg/kg thể trọng và làm giảm chỉ số đường huyết từ $421\text{ mg/dL}$ xuống $195\text{ mg/dL}$ sau 21 ngày điều trị trên chuột bị gây tiểu đường bằng alloxan monohydrate.

---

Kết luận

Luận án của nghiên cứu sinh Nguyễn Ái Thạch đã giải quyết thành công và có hệ thống chuỗi công nghệ từ khâu xác định độ chín thu hoạch (130–135 ngày), bảo quản tỏi tươi ($0^{\circ}\text{C}$, 180 ngày), đến quy trình chế biến tỏi đen và tỏi lên men lactic đạt giá trị hoạt tính sinh học cao. Nghiên cứu đã chế tạo thành công hệ hạt nano tỏi đen kích thước 60–80 nm bằng polymer alginate giúp cải thiện độ ổn định và nâng cao hoạt tính sinh học. Các thử nghiệm in vitro và in vivo đã chứng minh rõ ràng khả năng ức chế tế bào ung thư, kháng khuẩn, ức chế enzyme $\alpha$-glucosidase và hiệu quả hạ đường huyết rõ rệt của hệ nano tỏi đen. Đây là công trình nghiên cứu khoa học thực nghiệm có tính ứng dụng thực tiễn cao, đóng góp cơ sở dữ liệu quan trọng cho ngành công nghệ thực phẩm và dược liệu tại Việt Nam.

Trích đoạn nội dung tài liệu

Đặt vấn đề Ở Việt Nam, tỏi được trồng nhiều tại các vùng Hải Dương, Hà Nội, Bắc Giang, Phan Rang, Lý Sơn, Đà Lạt,… Tỏi Phan Rang có đặc điểm củ nhỏ, vỏ lụa trắng, tinh dầu rất thơm. Nhiều nông hộ áp dụng quy trình VIETGAP vào sản xuất, cung cấp cho người tiêu dùng sản phẩm tỏi bảo đảm chất lượng an toàn. Bảo quản tỏi rất quan trọng để cung cấp sản phẩm cho thị trường rau củ tươi và cho quá trình chế biến. Các thành phần hóa học và mùi hăng cay của tỏi đều là các thông số quan trọng rất ít được nghiên cứu liên quan đến các điều kiện bảo quản.

Tỏi có thể được lưu trữ khoảng 1-2 tháng trong điều kiện tốt ở nhiệt độ môi trường xung quanh với RH thấp (< 75%). Tuy nhiên, trong những điều kiện này, củ tỏi sẽ dần dần trở nên mềm, xốp và nhăn nheo do mất nước. Sự đa dạng giống tỏi, thời gian và điều kiện tồn trữ đều có thể ảnh hưởng đến thời gian bảo quản củ tỏi. Khảo sát độ thuần thục và phương pháp tồn trữ giúp duy trì ổn định nguồn nguyên liệu cho quá trình chế biến và mua bán.

Tỏi được biết đến với nhiều công dụng bảo vệ sức khỏe do chứa các hợp chất chống khuẩn gây bệnh, chất kháng sinh, khả năng chống gốc tự do; chống xơ vữa động mạch; kháng ung thư và chống mỡ máu cao (Kim et al. Tuy nhiên, việc tiêu thụ tỏi tươi chưa qua chế biến bị hạn chế do có mùi hăng, vị cay đặc trưng và có xu hướng gây khó chịu cho dạ dày. Trong những năm gần đây, các phương pháp chế biến khác nhau như xử lý nhiệt, lão hóa (aging) và lên men đã được sử dụng để loại bỏ mùi khó chịu và cải thiện vị của tỏi (Bae et al. Tỏi đen được tạo ra từ tỏi tươi bằng cách xử lý ở điều kiện nhiệt độ và độ ẩm thích hợp trong khoảng thời gian nhất định.

Các hợp chất gây mùi khó chịu của tỏi bị mất sau quá trình sản xuất, màu đen của tỏi được hình thành do các phản ứng sinh hoá và hoá học (chủ yếu phản ứng Maillard). Tỏi đen có vị ngọt dịu và độc đáo, cấu trúc mềm dẻo như trái cây sấy, không gây mùi vị khó chịu như tỏi tươi (Wang et al. Hơn nữa, quá trình chế biến tỏi đen còn liên quan đến sự hình thành các hợp chất phenolic, S-allyl-L- cysteine (SAC) và các hợp chất hoà tan trong nước có tác dụng chống oxy hoá mạnh (Corzo-Martinez et al., 2007; Imai et al. Vì vậy đây là thực phẩm lý tưởng trong phòng ngừa và điều trị bệnh tim, Alzheimer, viêm khớp và các bệnh mãn tính như bệnh tiểu đường, đặc biệt là bệnh ung thư.

Ngoài ra, quá trình lên men, ngoài việc là một phương pháp để bảo quản nguyên liệu tươi trong thời gian ngắn trước khi tiếp tục chế biến, nó có thể mang lại một 1 luan an vài thuận lợi (cải thiện mùi, làm giàu các chất chuyển hóa mong muốn được tạo ra bởi các vi sinh vật và tăng độ an toàn) như đã được báo cáo trong các sản phẩm lên men thực vật khác (Buckenhuskes et al. Orlov et al. (1991) đã nghiên cứu sự thay đổi một số thành phần hóa học (hàm lượng đường, acid lactic, vitamin C) trong suốt quá trình lên men tự nhiên của tỏi chần trong nước muối. Hiện nay, các nghiên cứu chuyên sâu về quy trình chế biến và các biến đổi chất lượng sản phẩm tỏi đen và tỏi lên men lactic đã bắt đầu được quan tâm tại Việt Nam.

Tuy nhiên, các nghiên cứu chỉ dừng lại ở việc tạo ra sản phẩm mới (tỏi đen), chưa quan tâm nhiều đến hoạt chất sinh học trong sản phẩm. Do đó, việc nghiên cứu, thiết lập và kiểm soát các thông số kỹ thuật trong chế biến là điều cần thiết và cấp bách nhằm tạo ra sản phẩm có giá trị sinh học và khả năng phòng ngừa bệnh cao tại Việt Nam. Tình hình kinh tế Việt Nam đã được cải thiện đáng kể và sự thay đổi này đã đóng góp kết quả tốt cho việc thay đổi số lượng và loại bệnh tật trong nước với sự giảm các bệnh truyền nhiễm và suy dinh dưỡng, nhưng lại tăng các bệnh mãn tính như bệnh tiểu đường type II, tăng lipid máu, tăng huyết áp và thừa cân, đặc biệt là ở các thành phố lớn. Do vậy với các đặc tính rất tốt từ các sản phẩm chế biến từ tỏi (như đã đề cập) có thể mở ra hướng sử dụng tỏi nhiều hơn để đáp ứng nhu cầu sức khỏe và phòng chống bệnh tật trong tình hình dinh dưỡng Việt Nam đang có nhiều biến động.

Bên cạnh đó, khả năng hấp thu các dược chất quý trong tỏi vào cơ thể đến nay công bố vẫn còn hạn chế, tuy nhiên có thể khẳng định rằng khi nano hóa các hoạt chất trên thì khả năng hấp thu sẽ tăng lên gấp hàng chục lần (Shaikh et al. Quy trình chế tạo hạt nano mang thuốc khá phức tạp bởi chúng chỉ được hình thành khi đáp ứng các tiêu chí về tính chất vật lý và hóa học đặc trưng. Vật liệu nano mang thuốc có thể cho thấy nhiều hoạt tính sinh học vượt trội. Hạt nano tỏi đen cũng chưa được chế tạo và công bố ở các nghiên cứu trong nước và quốc tế.

Vì vậy, nghiên cứu chế biến các sản phẩm từ tỏi với hàm lượng cao các hoạt chất sinh học, đồng thời cùng với việc trích ly hiệu quả các hoạt chất này và ứng dụng công nghệ nano để tăng cường hoạt tính của chúng là điều cần thiết.2 Mục tiêu nghiên cứu 1.1 Mục tiêu chung Nâng cao và cải thiện sinh khả dụng của các chất có hoạt tính sinh học trong tỏi thông qua quy trình chế biến sản phẩm tỏi (tỏi đen và tỏi len men lactic) và công nghệ nano.2 Mục tiêu cụ thể Xác định ảnh hưởng của thời điểm thuần thục của tỏi và điều kiện bảo quản tỏi đến đặc tính lý học và các hợp chất có hoạt tính sinh học trong quá trình tồn trữ tỏi. Chọn được thời điểm thu hoạch tỏi có chất lượng tốt nhất và điều kiện tồn trữ thích hợp để áp dụng trong chế biến các sản phẩm tỏi. Xác định các thông số tối ưu cho quá trình sản xuất tỏi đen và tỏi lên men lactic nhằm tạo ra sản phẩm tỏi có chất lượng cao (tăng cường hàm lượng các hoạt chất sinh học và khả năng chống oxy hóa). Xác định các điều kiện tồn trữ thích hợp cho 2 loại sản phẩm tỏi đen và tỏi lên men lactic.

Xây dựng quy trình trích ly các hợp chất sinh học từ tỏi đen và chế tạo các hạt nano tỏi đen mang các chất có hoạt tính sinh học với kích thước thích hợp ( 100 nm), hình dạng tốt nhất (gần với hình cầu) và độ ổn định cao. Hiệu quả thu được từ thử nghiệm hoạt tính của hệ nano tỏi đen trong kỹ thuật in-vitro và in-vivo.3 Nội dung nghiên cứu 1.1 Nội dung 1: Khảo sát sự thay đổi đặc tính lý học và hợp chất có hoạt tính sinh học của củ tỏi (Allium sativum L.) trong quá trình thuần thục và tồn trữ.2 Nội dung 2: Nâng cao các chất có hoạt tính sinh học trong củ tỏi thông qua quy trình chế biến sản phẩm tỏi đen và tỏi lên men lactic Khảo sát ảnh hưởng của các yếu tố (phương pháp tiền xử lý, nhiệt độ) đến quy trình chế biến sản phẩm tỏi đen. Khảo sát ảnh hưởng của các yếu tố (pH, nồng độ muối, loại và mật số vi khuẩn acid lactic) đến quy trình sản xuất sản phẩm tỏi muối chua. Khảo sát ảnh hưởng của quá trình tồn trữ đến khả năng duy trì các hoạt chất sinh học ở mức độ cao nhất trong cả hai sản phẩm tỏi đen và tỏi lên men lactic.3 Nội dung 3: Ứng dụng công nghệ nano nhằm cải thiện sinh khả dụng của các hợp chất sinh học từ sản phẩm tỏi đen Khảo sát các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình trích ly các chất có hoạt tính sinh học trong tỏi đen Ứng dụng công nghệ nano góp phần nâng cao giá trị sinh học của các hợp chất trong sản phẩm tỏi đen.

3 luan an Thử nghiệm hoạt tính của hệ nano tỏi đen ở kỹ thuật in-vitro và in-vivo về khả năng hấp thu và tác dụng của các hoạt chất sinh học thu nhận được từ công nghệ nano.4 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu Nguyên liệu tỏi tươi cổ mềm, giống địa phương được thu hoạch và chọn lựa vào thời điểm mùa vụ năm 2014, 2015, 2016 và 2017 tại phường Văn Hải, thành phố Phan Rang - Tháp Chàm, tỉnh Ninh Thuận. Sản phẩm tỏi đen và tỏi lên men lactic được chế biến và nghiên cứu tại Bộ môn Công nghệ Thực phẩm, Khoa Nông nghiệp, Trường Đại học Cần Thơ. Hạt nano tỏi đen được chế tạo bằng cách sử dụng polymer alginate mạch ngắn và thử nghiệm hoạt tính kháng sinh, gây độc tế bào ung thư, ức chế enzyme -glucosidase và AChE, khả năng hạ đường huyết trên chuột nhắt trắng bị tiểu đường tại Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam.5 Ý nghĩa của luận án 1.1 Ý nghĩa khoa học Luận án đã cung cấp nhiều kết quả nghiên cứu về độ thuần thục, thời gian thu hoạch và điều kiện bảo quản tỏi tươi. Ngoài ra, cơ chế hình thành tỏi đen và tỏi lên men lactic trong suốt quá trình chế biến cũng được làm rõ.

Các mô hình đề xuất và các thiết lập liên quan đến các giá trị tham số động học được đánh giá nhằm có các hiểu biết chính xác về sự thay đổi của các hợp chất có hoạt tính sinh học trong sản phẩm thực phẩm trong quá trình chế biến. Đây cũng sẽ là nguồn tài liệu quý giá cho công việc giảng dạy, nghiên cứu khoa học. Hạt nano tỏi đen được chế tạo và thử nghiệm thành công ở kỹ thuật in- vitro và in-vivo góp phần làm đa dạng cơ sở dữ liệu thuốc phục vụ hỗ trợ và điều trị bệnh.2 Ý nghĩa thực tế Như đã đề cập, Việt Nam có nhiều vùng trồng tỏi nổi tiếng như Phan Rang, Lý Sơn, chất lượng các giống tỏi này được đánh giá rất cao trên các phương tiện truyền thông và người tiêu dùng. Tuy nhiên chưa có công trình khoa học nào nghiên cứu giá trị thực sự của giống tỏi địa phương (chất lượng và phương pháp tồn trữ) và sử dụng cho quá trình chế biến, nâng cao giá trị từ nguồn nông sản này.