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.