Nghiên cứu chiết xuất vỏ hạt điều sử dụng phương pháp nanoemulsion kép và nhũ tương khác nhau

Nghiên cứu về chiết xuất từ vỏ hạt điều sử dụng các chất nhũ hóa khác nhau qua phương pháp nanoemulsion kép trong luận văn thạc sĩ công nghệ thực phẩm.

• Tác giả: Huỳnh Lê Thành Phúc
• Người hướng dẫn: Assoc. Nguyễn Thị Lan Phi
• Trường học: Ho Chi Minh University of Technology
• Chuyên ngành: Food Technology
• Đề tài: Nghiên cứu chiết xuất vỏ hạt điều bằng phương pháp nanoemulsion kép với các nhũ tương khác nhau
• Loại tài liệu: master thesis
• Năm xuất bản: 2023
• Địa điểm: Ho Chi Minh City

Tóm tắt

I. Tổng quan về nghiên cứu chiết xuất vỏ hạt điều

Nghiên cứu chiết xuất vỏ hạt điều bằng phương pháp nanoemulsion kép đang thu hút sự chú ý trong ngành công nghiệp thực phẩm. Vỏ hạt điều chứa nhiều hợp chất có hoạt tính sinh học, như phenolic và flavonoid, có lợi cho sức khỏe con người. Tuy nhiên, việc bảo quản và chiết xuất hiệu quả các hợp chất này vẫn là một thách thức lớn. Phương pháp nanoemulsion kép hứa hẹn sẽ cải thiện khả năng bảo quản và tăng cường tính khả dụng của các hợp chất này.

1.1. Tầm quan trọng của vỏ hạt điều trong ngành thực phẩm

Vỏ hạt điều không chỉ là một nguồn nguyên liệu phong phú mà còn chứa nhiều hợp chất có lợi cho sức khỏe. Các hợp chất này có thể được ứng dụng trong sản xuất thực phẩm chức năng và dược phẩm.

1.2. Các hợp chất có hoạt tính sinh học trong vỏ hạt điều

Vỏ hạt điều chứa nhiều hợp chất phenolic và flavonoid, có khả năng chống oxy hóa và kháng viêm. Những hợp chất này có thể giúp cải thiện sức khỏe và ngăn ngừa một số bệnh tật.

II. Thách thức trong chiết xuất vỏ hạt điều hiệu quả

Mặc dù vỏ hạt điều có nhiều lợi ích, nhưng việc chiết xuất các hợp chất có hoạt tính sinh học từ vỏ hạt điều gặp nhiều khó khăn. Các phương pháp truyền thống thường không hiệu quả và có thể làm mất đi các hợp chất quý giá. Do đó, cần có những phương pháp mới để tối ưu hóa quá trình chiết xuất.

2.1. Những hạn chế của phương pháp chiết xuất truyền thống

Phương pháp chiết xuất truyền thống thường yêu cầu thời gian dài và nhiệt độ cao, dẫn đến sự phân hủy của các hợp chất nhạy cảm. Điều này làm giảm hiệu suất chiết xuất và chất lượng sản phẩm cuối cùng.

2.2. Nhu cầu về phương pháp chiết xuất hiện đại

Cần thiết phải phát triển các phương pháp chiết xuất hiện đại, như phương pháp nanoemulsion, để tối ưu hóa hiệu suất và bảo quản các hợp chất có hoạt tính sinh học trong vỏ hạt điều.

III. Phương pháp nanoemulsion kép trong chiết xuất vỏ hạt điều

Phương pháp nanoemulsion kép là một kỹ thuật tiên tiến giúp cải thiện khả năng chiết xuất và bảo quản các hợp chất có hoạt tính sinh học. Phương pháp này sử dụng các nhũ tương khác nhau để tạo ra một hệ thống ổn định, giúp bảo vệ các hợp chất nhạy cảm khỏi các yếu tố bên ngoài.

3.1. Nguyên lý hoạt động của phương pháp nanoemulsion

Phương pháp nanoemulsion hoạt động dựa trên nguyên lý tạo ra các giọt nhũ tương siêu nhỏ, giúp tăng cường khả năng hòa tan và hấp thụ của các hợp chất có hoạt tính sinh học.

3.2. Lợi ích của việc sử dụng nhũ tương trong chiết xuất

Việc sử dụng nhũ tương giúp cải thiện độ ổn định của các hợp chất chiết xuất, đồng thời tăng cường khả năng bảo vệ chúng khỏi sự phân hủy do nhiệt độ và ánh sáng.

IV. Ứng dụng thực tiễn của chiết xuất vỏ hạt điều

Chiết xuất từ vỏ hạt điều có thể được ứng dụng rộng rãi trong ngành thực phẩm và dược phẩm. Các hợp chất có hoạt tính sinh học trong vỏ hạt điều có thể được sử dụng để phát triển các sản phẩm chức năng, bổ sung dinh dưỡng và các sản phẩm chăm sóc sức khỏe.

4.1. Ứng dụng trong ngành thực phẩm

Chiết xuất vỏ hạt điều có thể được sử dụng để sản xuất các sản phẩm thực phẩm chức năng, giúp cải thiện sức khỏe và tăng cường hệ miễn dịch.

4.2. Tiềm năng trong ngành dược phẩm

Các hợp chất trong vỏ hạt điều có thể được nghiên cứu và phát triển thành các loại thuốc mới, giúp điều trị nhiều bệnh lý khác nhau.

V. Kết luận và triển vọng tương lai của nghiên cứu

Nghiên cứu chiết xuất vỏ hạt điều bằng phương pháp nanoemulsion kép mở ra nhiều cơ hội mới trong việc ứng dụng các hợp chất có hoạt tính sinh học. Tương lai của nghiên cứu này hứa hẹn sẽ mang lại nhiều giá trị cho ngành công nghiệp thực phẩm và dược phẩm.

5.1. Tóm tắt kết quả nghiên cứu

Kết quả nghiên cứu cho thấy phương pháp nanoemulsion kép có khả năng bảo vệ và tối ưu hóa chiết xuất các hợp chất có hoạt tính sinh học từ vỏ hạt điều.

5.2. Hướng nghiên cứu trong tương lai

Cần tiếp tục nghiên cứu để cải thiện quy trình chiết xuất và mở rộng ứng dụng của các hợp chất chiết xuất từ vỏ hạt điều trong các lĩnh vực khác nhau.

Trích đoạn nội dung tài liệu

HO CHI MINH NATIONAL UNIVERSITY HO CHI MINH UNIVERSITY OF TECHNOLOGY HUYNH LE THANH PHUC STUDY ON EXTRACT – LOADED CASHEW NUT TESTA USING DIFFERENT EMULSIFIERS BY DOUBLE NANOEMULSION METHOD Major: Food Technology Major Code: 8540101 MASTER THESIS HO CHI MINH CITY, July 2023 THIS THESIS IS COMPLETED AT HO CHI MINH CITY UNIVERSITY OF TECHNOLOGY – VNU-HCM Supervisor: Assoc. Nguyen Thi Lan Phi Examiner 1: Assoc. Nguyen Vu Hong Ha Examiner 2: Assoc. Mai Huynh Cang This master’s thesis is defended at HCM City University of Technology, VNU- HCM City on July 14th , 2023 Master’s Thesis Committee: 1.

Phan Ngoc Hoa 2. Nguyen Vu Hong Ha 3. Mai Huynh Cang 4. Council Member: Assoc.

Nguyen Thi Lan Phi 5. Tran Thi Thu Tra Approval of the Chair of Master’s Thesis Committee and Dean of Faculty of Chemical Engineering after the thesis being corrected (If any). CHAIRMAN OF THESIS COMMITTEE DEAN OF FACULTY OF CHEMICAL ENGINEERING ii VIETNAM NATIONAL UNIVERSITY - HO CHI MINH CITY SOCIALIST REPUBLIC OF VIET NAM HO CHI MINH UNIVERSITY OF TECHNOLOGY Independent – Liberty - Happiness THE TASK SHEET OF MASTER’S THESIS Student’s name: HUYNH LE THANH PHUC. Student ID: 2170459 Date of birth: March 3rd, 1998.

Place of Birth: HCM City Major: Food Technology. THESIS TITLE (In Vietnamese): Nghiên cứu vi bao dịch chiết vỏ lụa hạt điều bằng phương pháp tạo nhũ nano kép sử dụng các chất mang khác nhau. THESIS TITLE (In English): Study on extract-loaded cashew nut testa using different emulsifiers by double nano- emulsion method. TASKS AND CONTENT: - Analysis of total content of Phenolic, Flavonoid, Catechin compounds and antioxidant capacity of cashew nut testa extract.

- Investigation of encapsulation conditions of bioactive compounds in cashew nut testa extract by double emulsion method with different emulsifiers. - Investigation of the stability of the emulsion system of cashew nut testa extract. THESIS START DAY: February 2nd, 2023 V. THESIS COMPLETION DAY: June 6th , 2023 VI.

Nguyen Thi Lan Phi Ho Chi Minh City, date… SUPERVISOR HEAD OF FOOD TECHNOLOGY DEPARTMENT HEAD OF CHEMICAL ENGINEERING DEPARTMENT iii ACKNOWLEDGMENT This thesis is done in Central Experimental Laboratory of Ho Chi Minh City University of Food Industry (HUFI) and Laboratory of Food Processing and Technology B2 of Ho Chi Minh University of Technology (HCMUT) under the instruction of Associate Professor. Nguyen Thi Lan Phi. To accomplish this thesis, in addition to my own efforts, I have received a lot of support from my supervisors and friends. I would like to express my sincere thanks to everyone who accompanies and helps me.

At first, I would like to thank my dear family, I would like to especially express profound love to my parents and brother – who always stand behind and encourage me. Secondly, I would like to express my sincere gratitude to Associate Professor. Nguyen Thi Lan Phi and Professor Pham Van Hung. Not only has they instructed and given precious advices to me in order to deal with the experimental difficulties and calculations but they also supported favorable conditions as well as chemicals during our thesis.

Also, I am very grateful for the helping of MSc. Hoang Van Thanh and MSc. Truong Thanh An of Central Experimental Laboratory, Msc. Mai Nguyen Tram Anh of International University and PhD.

Tran Thi Tuong An of Laboratory of Food Processing and Technology B2 for supporting the necessary experimental instruments, chemicals and creating comfortable environment as well as giving suitable suggestions during the implement of my thesis. Thank you, all friends who work together in the Central Experimental Laboratory and Laboratory of Food Processing and Technology in the process of implementing the thesis. Eventually, I would like to express sincere thanks to the anyone who always motivates and sympathizes with me. i ABSTRACT The bioactive compounds in cashew nut testa has many functional benefits for human health which can be applied in food industry as well as needing to be effectively preserved.

In the study, the enzyme and ultrasonic - assisted (E-UAE) cashew nut testa extract was emulsified in the 𝑊1 /𝑂/𝑊2 system which uses Lecithin as lipophilic and Tween 80, Whey protein Isolate (WPI) as hydrophilic emulsifiers. Furthermore, some ratios of components in the system are investigated in order to choose the best ratios as well as investigating the stability of the emulsion in 28 days at room temperature. The cashew nut testa extract has total phenolic content (TPC) is 123.08 (mg CAT/g DW sample), total catechin content is 22.41 (mg CAT/ g DW sample) and the antioxidant capacity is 1. The results show the best conditions of the emulsification which include 𝑊1 : 𝑂 ratio, Lecithin content, 𝑊2 : 𝑊1 /𝑂 ratio, Tween : WPI ratio are 10 : 90 (w/w), 3 % (w/w), 80 : 20 (w/w) and 2 : 3 (w/w), respectively.

The double nanoemulsion has the encapsulation efficiency (EE) is 91.48 %, the droplet size is 267.8 nm, the polydispered index is 0.007 and the Zeta value is −62. The stability of the double emulsion is also investigated which has encapsulation efficiency is 21.79 %, droplet size is 257.4 nm, Polydispered Index is 0.026 and the Zeta value is −69.8 after 28 days storage at room temperature. From the results, it can be show the ability of double nanoemulsion systems in the protection of the internal bioactive compounds of cashew nut testa which can be potentially applied in the food industry. ii TÓM TẮT Các hợp chất có hoạt tính sinh học trong vỏ hạt điều có nhiều công dụng hữu ích đối với sức khỏe con người, có thể ứng dụng trong công nghiệp thực phẩm cũng như cần được bảo quản hiệu quả.

Trong nghiên cứu, chiết xuất vỏ lụa hạt điều có sự hỗ trợ của enzyme và sóng siêu âm (E-UAE) được nhũ hóa trong hệ nhũ tương nano kép 𝑊1 /𝑂/𝑊2 sử dụng Lecithin làm chất nhũ hóa ưa béo và Tween 80, Whey protein Isolate (WPI) làm chất nhũ hóa ưa nước. Ngoài ra, một số tỷ lệ thành phần trong hệ nhũ tương cũng được khảo sát nhằm lựa chọn tỷ lệ tốt nhất cũng như khảo sát độ ổn định của hệ nhũ tương trong 28 ngày ở nhiệt độ phòng. Dịch chiết vỏ lụa hạt điều có hàm lượng phenolic tổng (TPC) là 123,06 ± 0,45 (mg GAE/g chất khô), hàm lượng flavonoid tổng (TFC) là 100,41 ± 0,08 (mg CAT/g chất khô), hàm lượng catechin tổng là 22,13 ± 0,41 (mg CAT/g chất khô) và khả năng chống oxy hóa là 1,08 ± 0,02 (mmol TE/g chất khô). Kết quả cho thấy tỷ lệ thành phần tốt nhất của quá trình nhũ hóa bao gồm tỷ lệ 𝑊1 : 𝑂, hàm lượng Lecithin, tỷ lệ 𝑊2 : 𝑊1 /𝑂, tỷ lệ Tween : WPI lần lượt là 10 : 90 (w/w), 3 % (w/w), 80 : 20 (w/w) và 2 : 3 (w/w), tương ứng.

Nhũ tương nano kép tốt nhất có hiệu suất bao bọc (EE) là 91,37 ± 2,48 %, kích thước giọt là 267,2 ± 2,8 nm, chỉ số polydispered là 0,228 ± 0,007 và giá trị Zeta là -62,0 ± 0,6. Độ ổn định của nhũ tương kép tốt nhất cũng được nghiên cứu với hiệu suất bao bọc là 21,40 ± 1,79 %, kích thước giọt là 257,6 ± 1,4 nm, Chỉ số đa phân tán là 0,303 ± 0,026 và giá trị Zeta là -69,4 ± 1,8 sau 28 ngày bảo quản ở nhiệt độ phòng. Từ kết quả thu được, có thể cho thấy khả năng của hệ nhũ tương nano kép trong việc bảo vệ các hợp chất có hoạt tính sinh học bên trong vỏ hạt điều và cho thấy tiềm năng trong việc ứng dụng trong công nghiệp thực phẩm. iii COMMITMENT I hereby declare that this is my own independent scientific work.

The results in this study do not reproduce or infringe the copyright of any other source. The reference to the document has been cited and the source of the reference is recorded in accordance with regulations. Student iv CONTENTS ACKNOWLEDGMENT. v LIST OF FIGURES.

viii LIST OF TABLES. ix LIST OF ABBREVIATIONS. 1 CHAPTER 2: LITERATURE REVIEW. Classification and distribution.

Production of cashew nut in the world and Vietnam. Cashew nut testa. Phenolic compounds in cashew nut testa. Bioactivity potentials of cashew nut testa.

Double nanoemulsions and other types. High – energy methods. Droplet size, Polydispersity index and Zeta – potential. 23 CHAPTER 3: MATERIAL AND METHODS.

Materials and chemicals. Extraction of Cashew nut Testa. Preparation of Double Nanoemulsion 𝑾𝟏/𝑶/𝑾𝟐. Investigating the components of Double Nanoemulsion 𝑾𝟏/𝑶/𝑾𝟐.

Investigation of 𝑾𝟏: 𝑶 ratio. Investigation of Lecithin content. Investigation of 𝑾𝟐 : 𝑾𝟏/𝑶 ratio. Investigation of Tween 80 : WPI ratio.

Determination of Total Phenolic content (TPC). Determination of Total Flavonoid content (TFC). Determination of Total Catechin content (TCC). Determination of DPPH radical scavenging assay.

Determination of Encapsulation Efficiency. Determination of Droplet Size, Polydisperity Index and Zeta Potential. Determination of Stablity of double nanoemulsion. 34 CHAPTER 4: RESULTS AND DISCUSSION.

Polyphenol compounds content in cashew nut testa. Investigating the components of Double Nanoemulsion 𝑾𝟏/𝑶/𝑾𝟐. Investigation of 𝑾𝟏: 𝑶 ratio. Investigation of Lecithin content.

Investigation of 𝑾𝟐 : 𝑾𝟏/𝑶 ratio. Investigation of Tween 80 : WPI ratio. Determination of Stablity of double nanoemulsion. 42 CHAPTER 5: CONCLUSION AND RECOMMENDATION.

46 APPENDIX A: ANALYTICAL METHODS. 60 APPENDIX B: ANALYTICAL RESULTS. 63 APPENDIX C: SAMPLE PICTURES. 69 vii LIST OF FIGURES Figure 2.

Cashew tree and their fruit. The column chart of global cashewnut yield from 2010 – 2020. Cashew nut cross – section. Cashew nut testa.Comparison between 3 types of emulsions.

Schematic illustration of high and low – energy emulsification methods. Schematic illustration of cross – flow (left) and pre – mix (right) membrane emulsification methods. Sample preparation process. Cashew nut testa enzymatic extraction process.

Cashew nut testa double emulsion preparation process. 29 viii LIST OF TABLES Table 2. Major components in cashew nut. Major chemical components in cashew nut testa.

List of experimental intrustments. Chemical parameters of Cashew nut testa. Encapsulation efficiency and physical parameters of double nanoemulsions at different 𝑊1: 𝑂 Ratios. Encapsulation efficiency and physical parameters of double nanoemulsions at different Lecithin concentrations.

Encapsulation efficiency and physical parameters of double nanoemulsions at different 𝑊2 : 𝑊1/𝑂 ratios. Encapsulation efficiency and physical parameters of double nanoemulsions at different Tween 80 : WPI ratios. Effect of storage time on the EE and physical parameters of double nanoemulsion at room temperature. 43 ix LIST OF ABBREVIATIONS E – UAE Enzyme and ultrasonic assisted – extraction.

UAE Ultrasonic assisted – extraction. EAE Enzymatic assisted – extraction. WPC Whey protein concentration. WPI Whey protein isolate.

DW Dry weight. TPC Total phenolic content. TFC Total flavonoid content. TCC Total catechin content.

EE Encapsulation efficiency. PDI Polydispersity Index. PGPR Polyglycerol polyricinoleate GAE Gallic acid equivalents. CAT Catechin equivalents.

TE Trolox equivalents. DPPH 2,2-diphenyl-1-picrylhydrazyl. SET Single electron transfer. Z – value Zeta potential HR Conventional heat flux method DLS Dynamic light scattering UV–Vis Ultra Violet-Visible x CHAPTER 1: INTRODUCTION The cashew nut (Anacardium occidentale) is one the most popular exporting agricultural commodities in Vietnam.

There are many by-products from the cashew nut processing such as outer hard shell, cashew apple or the cashew nut testa. The cashew nut testa is a rich source of bioactive compounds such as catechin and epicatechin which is the primary flavonoids [1]. These bioactive compounds have potential applications in food or pharmaceutical industry because of their antioxidant, antibacterial or anticancer activities. However, the testa is only usually used for livestock feeding, leather production or biomass.

So that, the potential of bioactive compounds in the testa are not fully ultilized.