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

Mục lục chi tiết

• Lời cảm ơn
• Tóm tắt
• Lời cam đoan
• Danh mục hình vẽ
• Danh mục bảng biểu
• Danh mục từ viết tắt
• 1. CHƯƠNG 1: MỞ ĐẦU
• 2. CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN TÀI LIỆU
• 2.1. Phân loại và phân bố
• 2.2. Tình hình sản xuất điều trên thế giới và tại Việt Nam
• 2.3. Vỏ lụa hạt điều
• 2.3.1. Các hợp chất phenolic trong vỏ lụa hạt điều
• 2.3.2. Tiềm năng hoạt tính sinh học của vỏ lụa hạt điều
• 2.4. Nhũ tương nano kép và các loại khác
• 2.4.1. Các phương pháp năng lượng cao
• 2.4.2. Kích thước giọt, chỉ số đa phân tán và thế Zeta
• 3. CHƯƠNG 3: NGUYÊN LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP
• 3.1. Nguyên liệu và hóa chất
• 3.2. Chiết xuất vỏ lụa hạt điều
• 3.3. Điều chế nhũ tương nano kép W1/O/W2
• 3.4. Khảo sát các thành phần của nhũ tương nano kép W1/O/W2
• 3.4.1. Khảo sát tỷ lệ W1: O
• 3.4.2. Khảo sát hàm lượng Lecithin
• 3.4.3. Khảo sát tỷ lệ W2: W1/O
• 3.4.4. Khảo sát tỷ lệ Tween 80: WPI
• 3.5. Xác định hàm lượng phenolic tổng (TPC)
• 3.6. Xác định hàm lượng flavonoid tổng (TFC)
• 3.7. Xác định hàm lượng catechin tổng (TCC)
• 3.8. Xác định khả năng thu dọn gốc tự do DPPH
• 3.9. Xác định hiệu suất bao gói
• 3.10. Xác định kích thước giọt, chỉ số đa phân tán và thế Zeta
• 3.11. Xác định độ ổn định của nhũ tương nano kép
• 4. CHƯƠNG 4: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN
• 4.1. Hàm lượng các hợp chất polyphenol trong vỏ lụa hạt điều
• 4.2. Khảo sát các thành phần của nhũ tương nano kép W1/O/W2
• 4.2.1. Khảo sát tỷ lệ W1: O
• 4.2.2. Khảo sát hàm lượng Lecithin
• 4.2.3. Khảo sát tỷ lệ W2: W1/O
• 4.2.4. Khảo sát tỷ lệ Tween 80: WPI
• 4.3. Xác định độ ổn định của nhũ tương nano kép
• 5. CHƯƠNG 5: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
• PHỤ LỤC A: PHƯƠNG PHÁP PHÂN TÍCH
• PHỤ LỤC B: KẾT QUẢ PHÂN TÍCH
• PHỤ LỤC C: HÌNH ẢNH MẪU

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.

Nội dung chính

Tổng quan nghiên cứu

Ngành sản xuất và chế biến hạt điều giữ vai trò chiến lược trong cơ cấu nông nghiệp xuất khẩu của Việt Nam, mang lại kim ngạch thương mại vượt trên 3 tỷ USD vào năm 2020 với tổng sản lượng đạt 348.504 tấn. Riêng tỉnh Bình Phước đã chiếm hơn 170.000 ha diện tích canh tác điều, trở thành thủ phủ cung cấp nguồn nông sản dồi dào cho thị trường toàn cầu. Tuy nhiên, chuỗi giá trị này tạo ra một lượng phụ phẩm vỏ lụa hạt điều rất lớn, chiếm từ 1% đến 3% tổng khối lượng hạt thô, tương đương hàng chục ngàn tấn sinh khối mỗi năm. Nguồn phụ phẩm này hiện nay chủ yếu bị thải bỏ, dùng làm chất đốt hoặc thức ăn gia súc có giá trị kinh tế thấp.

Nhiều phân tích hóa sinh chứng minh vỏ lụa hạt điều chứa hàm lượng polyphenol và flavonoid dồi dào, nổi bật là catechin, epicatechin và tannin ngưng tụ với hoạt tính chống oxy hóa, kháng khuẩn và ức chế tế bào ung thư mạnh mẽ. Mặc dù vậy, các hoạt chất này rất kém bền trước tác động của tia cực tím, nhiệt độ, oxy và pH kiềm. Nhằm khắc phục hạn chế trên, đề tài tập trung trích ly hoạt chất bằng phương pháp enzyme kết hợp sóng siêu âm và tiến hành vi bao trong hệ nhũ tương nano kép Nước trong Dầu trong Nước (W1/O/W2) sử dụng hệ chất nhũ hóa đa tầng gồm Lecithin, Tween 80 và Whey Protein Isolate.

Nghiên cứu được hoàn thành từ ngày 02/02/2023 đến ngày 06/06/2023 tại Trường Đại học Bách khoa - ĐHQG TP.HCM và Trường Đại học Công nghiệp Thực phẩm TP.HCM. Mục tiêu trọng tâm là tối ưu hóa tỷ lệ các pha cùng nồng độ chất nhũ hóa nhằm đạt hiệu suất bao bọc trên 91%, kích thước hạt dưới 300 nm và đánh giá độ ổn định của hệ nano sau 28 ngày bảo quản.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Nghiên cứu được xây dựng dựa trên lý thuyết nhiệt động lực học hệ phân tán keo và lý thuyết vi bao hoạt chất sinh học. Hệ nhũ tương nano kép W1/O/W2 là cấu trúc phân tán đa tầng, trong đó các giọt nước nội W1 chứa dịch chiết phenolic được bao bọc trong pha dầu O, sau đó toàn bộ khối nhũ tương W1/O được phân tán vào pha nước ngoại W2. Cấu trúc này tạo thành hai lớp rào cản vật lý ngăn cách các polyphenol nhạy cảm khỏi tác nhân oxy hóa từ môi trường ngoài.

Các khái niệm và nguyên lý cốt lõi gồm:

1. Hiện tượng chín Ostwald: Quá trình các giọt phân tán kích thước nhỏ hòa tan và khuếch tán vào các giọt lớn hơn, được kiểm soát thông qua việc dùng dầu đậu nành có độ tan trong nước cực thấp.
2. Cân bằng ưa béo - ưa nước (HLB): Lựa chọn chất nhũ hóa có HLB thấp như Lecithin cho bề mặt W1/O và hệ chất nhũ hóa có HLB cao gồm Tween 80 phối hợp Whey Protein Isolate (WPI) cho bề mặt O/W2.
3. Độ ổn định tĩnh điện và cản trở không gian: Đánh giá thông qua thế Zeta (độ lớn tuyệt đối trên 25 mV) và chỉ số đa phân tán PDI (dưới 0,3) đối với các hạt nano kích thước từ 20 nm đến 500 nm.

Phương pháp nghiên cứu

Nguồn nguyên liệu vỏ lụa hạt điều được thu thập tại tỉnh Bình Phước theo phương pháp chọn mẫu ngẫu nhiên đại diện cho các lô chế biến nông sản. Mẫu được sấy đối lưu ở 45 °C trong 24 giờ để đưa độ ẩm về mức an toàn, nghiền mịn và rây qua cỡ rây 35 mesh nhằm chuẩn hóa diện tích tiếp xúc bề mặt.

Quy trình trích ly E-UAE sử dụng tỷ lệ mẫu : nước là 1 : 30 (w/w), bổ sung 2% (v/w) enzyme Pectinex Ultra SPL, ủ lắc ở 50 °C trong 60 phút, vô hoạt enzyme ở 90 °C trong 10 phút, siêu âm ở tần số 40 kHz tại 40 °C trong 40 phút và ly tâm 5500 vòng/phút trong 10 phút. Quá trình tạo nhũ nano kép kết hợp thiết bị đồng hóa rotor-stator tốc độ 20.000 vòng/phút trong 5 phút và thiết bị siêu âm đầu dò 20 kHz (biên độ 40%) từ 6 đến 10 phút.

Cỡ mẫu cho toàn bộ thí nghiệm được lặp lại 3 lần (n = 3). Phương pháp phân tích quang phổ kế UV-Vis được lựa chọn tại các bước sóng 725 nm (đo TPC), 510 nm (đo TFC), 500 nm (đo TCC) và 515 nm (đo DPPH) do có độ nhạy cao, độ lặp lại tốt và chi phí hợp lý. Kỹ thuật tán xạ ánh sáng động (DLS) trên thiết bị Horiba SZ-100 được ứng dụng nhằm xác định chính xác kích thước hạt nano, PDI và thế Zeta mà không phá vỡ cấu trúc nhũ. Số liệu được phân tích ANOVA một yếu tố trên phần mềm Statgraphics Centurion XIX ở độ tin cậy 95% (p < 0,05).

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

Nghiên cứu ghi nhận 4 phát hiện quan trọng có giá trị khoa học và ứng dụng thực tiễn:

1. Hàm lượng hoạt chất tự nhiên cao: Dịch chiết vỏ lụa hạt điều đạt hàm lượng polyphenol tổng (TPC) là 123,06 ± 0,45 mg GAE/g chất khô, flavonoid tổng (TFC) đạt 100,41 ± 0,08 mg CAT/g chất khô, catechin tổng (TCC) đạt 22,13 ± 0,41 mg CAT/g chất khô và khả năng khử gốc tự do DPPH đạt 1,08 ± 0,02 mmol TE/g chất khô. Hàm lượng TFC này cao hơn khoảng 30% so với hàm lượng flavonoid trong vỏ hạt dẻ cười (đạt 70,42 mg CAT/g chất khô).
2. Tối ưu hóa pha nội W1/O: Tỷ lệ pha W1 : O tối ưu là 10 : 90 (w/w) kết hợp nồng độ Lecithin 3% (w/w), mang lại hiệu suất bao bọc ban đầu đạt 77,0% và tạo tiền đề hình thành các giọt nano sơ cấp bền vững.
3. Tối ưu hóa pha ngoại W2: Tỷ lệ phối trộn W2 : W1/O đạt mức tốt nhất tại 80 : 20 (w/w) và tỷ lệ chất nhũ hóa Tween 80 : WPI tối ưu là 2 : 3 (w/w), giúp hệ nhũ tương nano kép hoàn chỉnh đạt hiệu suất bao bọc cực đại lên đến 91,37 ± 2,48%.
4. Đặc tính kích thước và độ ổn định: Hệ nhũ nano kép tối ưu sở hữu kích thước giọt trung bình 267,2 ± 2,8 nm, chỉ số PDI là 0,228 ± 0,007 và thế Zeta đạt -62,0 ± 0,6 mV. Sau 28 ngày bảo quản ở nhiệt độ phòng 25 °C, kích thước hạt đạt 257,6 ± 1,4 nm, PDI ở mức 0,303 ± 0,026, thế Zeta tích điện âm mạnh -69,4 ± 1,8 mV và hiệu suất vi bao duy trì ở mức 21,40 ± 1,79%.

Thảo luận kết quả

Hiệu suất bao bọc đạt 91,37% khi tỷ lệ pha dầu chiếm 90% trong nhũ tương sơ cấp được giải thích bởi lớp màng kỵ nước dày dặn, ngăn cản hiệu quả sự khuếch tán của các phân tử catechin phân cực ra môi trường ngoài. Sự phối hợp giữa Tween 80 và WPI ở tỷ lệ 2 : 3 tạo ra cấu trúc bảo vệ kép liên pha: đại phân tử protein WPI hình thành màng viscoelastic dẻo dai tạo lực đẩy không gian, trong khi Tween 80 nhanh chóng làm giảm sức căng bề mặt, chống lại hiện tượng hợp giọt.

Giá trị thế Zeta đạt từ -62,0 mV đến -69,4 mV chứng minh hệ nhũ có độ bền tĩnh điện rất cao, vượt trội hơn nhiều so với ngưỡng ổn định chuẩn (-25 mV). Kết quả này hoàn toàn tương đồng với các công trình nghiên cứu liposome polyphenol trà xanh trên thế giới (thế Zeta đạt -67,2 mV).

Dữ liệu thực nghiệm được trình bày trực quan thông qua bảng thông số tổng hợp các chỉ số vật lý theo từng tỷ lệ chất nhũ hóa và biểu đồ đường mô tả động học suy giảm hiệu suất vi bao cùng biến thiên kích thước hạt qua các mốc thời gian 0, 7, 14, 21 và 28 ngày bảo quản.

Đề xuất và khuyến nghị

1. Tăng cường độ bền màng sinh học bằng polysaccharide:

• Hành động: Bổ sung các hydrocolloid tự nhiên như natri alginate (0,5% - 1,0% w/w), chitosan hoặc pectin vào pha nước ngoại W2 để hình thành mạng lưới phức hợp protein - polysaccharide bao quanh giọt dầu.
• Target metric: Nâng cao hiệu suất vi bao duy trì của flavonoid sau 28 ngày bảo quản ở nhiệt độ phòng từ 21,40% lên trên 65,0%.
• Timeline: Thực hiện trong 6 đến 9 tháng.
• Chủ thể thực hiện: Các nhóm nghiên cứu công nghệ nano thực phẩm tại các viện và trường đại học.

2. Kiểm soát điều kiện bảo quản và ức chế oxy hóa pha dầu:

• Hành động: Áp dụng chế độ bảo quản lạnh ở 4 °C hoặc bổ sung chất chống oxy hóa tự nhiên tan trong dầu như alpha-tocopherol (0,05% - 0,1% w/w) vào pha dầu đậu nành nhằm hạn chế peroxy hóa lipid.
• Target metric: Kéo dài thời hạn sử dụng của hệ nhũ tương lỏng lên trên 90 ngày với độ biến thiên kích thước hạt dưới 5%.
• Timeline: Triển khai trong 3 tháng.
• Chủ thể thực hiện: Bộ phận R&D và kiểm soát chất lượng tại các doanh nghiệp chế biến thực phẩm.

3. Phát triển công nghệ sản xuất bột vi bao bằng sấy phun:

• Hành động: Ứng dụng kỹ thuật sấy phun hệ nhũ nano kép với chất mang maltodextrin (10% - 15% w/w) nhằm chuyển hóa trạng thái nhũ lỏng thành dạng bột hòa tan tiện dụng.
• Target metric: Đạt độ ẩm bột thành phẩm dưới 4,5%, độ hòa tan trên 95% và kéo dài hạn sử dụng lên 12 đến 24 tháng ở nhiệt độ môi trường.
• Timeline: Thực hiện trong 12 tháng.
• Chủ thể thực hiện: Doanh nghiệp sản xuất nguyên liệu thực phẩm liên kết cùng Trung tâm Ươm tạo Công nghệ cao.

4. Xây dựng chuỗi thu gom và sơ chế phụ phẩm vỏ lụa:

• Hành động: Thiết lập quy trình thu gom khép kín tại các nhà máy bóc vỏ điều ở Bình Phước và Đồng Nai, sấy sơ bộ nhiệt độ thấp dưới 50 °C trong vòng 12 giờ đầu để đưa ẩm độ về dưới 10%.
• Target metric: Giảm thiểu tỷ lệ thất thoát hoạt tính polyphenol tự nhiên dưới 5% trong quá trình bảo quản nguyên liệu thô.
• Timeline: Định kỳ hàng quý theo mùa vụ thu hoạch điều từ tháng 2 đến tháng 7 hàng năm.
• Chủ thể thực hiện: Hiệp hội Điều Việt Nam phối hợp cùng các hợp tác xã chế biến.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

1. Giảng viên, nghiên cứu sinh và học viên cao học ngành Công nghệ Thực phẩm và Hóa học:

• Lợi ích: Tiếp cận cơ sở dữ liệu thực nghiệm về kỹ thuật trích ly E-UAE và cơ chế tạo nhũ nano kép W1/O/W2.
• Use case: Sử dụng làm tài liệu tham khảo chuyên môn để phát triển các hướng nghiên cứu về hóa keo và vi bao hoạt chất sinh học nhạy cảm.

2. Chuyên viên R&D tại các doanh nghiệp sản xuất thực phẩm chức năng và mỹ phẩm:

• Lợi ích: Nắm bắt công thức phối trộn chuẩn xác giữa Lecithin (3%), Tween 80 và WPI (tỷ lệ 2:3) đạt hiệu suất vi bao trên 91%.
• Use case: Ứng dụng vào quy trình sản xuất nước uống chống oxy hóa, viên nang mềm hoặc mỹ phẩm chống lão hóa từ hoạt chất catechin tự nhiên.

3. Doanh nghiệp chế biến hạt điều và nông sản xuất khẩu:

• Lợi ích: Khai thác giải pháp nâng cao giá trị cho nguồn phụ phẩm vỏ lụa (chiếm 1% - 3% sản lượng), phát triển mô hình kinh tế tuần hoàn.
• Use case: Xây dựng dự án đầu tư phân xưởng chiết xuất polyphenol quy mô công nghiệp tại các vùng nguyên liệu trọng điểm như Bình Phước và Đồng Nai.

4. Kỹ sư vận hành thiết bị chế biến công nghệ sinh học:

• Lợi ích: Hiểu rõ các thông số kỹ thuật của hệ thống đồng hóa tốc độ cao (20.000 vòng/phút) và thiết bị siêu âm công suất (20 kHz, biên độ 40%).
• Use case: Tính toán thiết kế và mở rộng quy mô dây chuyền sản xuất từ quy mô phòng thí nghiệm lên quy mô pilot công nghiệp.

Câu hỏi thường gặp

1. Tại sao vỏ lụa hạt điều lại là nguồn nguyên liệu giá trị cao để chiết xuất polyphenol? Vỏ lụa hạt điều là phụ phẩm nông nghiệp dồi dào tại Việt Nam với sản lượng hàng chục ngàn tấn mỗi năm nhưng chứa hàm lượng flavonoid tổng rất cao, đạt 100,41 mg CAT/g chất khô (cao hơn 30% so với vỏ hạt dẻ cười). Việc tận dụng nguồn nguyên liệu giá rẻ này vừa giải quyết bài toán môi trường vừa mang lại giá trị gia tăng lớn.

2. Phương pháp trích ly E-UAE có ưu điểm gì vượt trội so với các phương pháp trích ly truyền thống? Kỹ thuật trích ly kết hợp enzyme Pectinex (2% v/w) và sóng siêu âm 40 kHz phá vỡ thành tế bào thực vật một cách nhẹ nhàng ở 40 °C đến 50 °C. Quá trình này giúp nâng cao hiệu suất thu hồi catechin (đạt 22,13 mg CAT/g) mà không làm biến tính các hợp chất polyphenol nhạy cảm nhiệt như các phương pháp gia nhiệt cổ điển.

3. Vai trò của việc kết hợp Lecithin, Tween 80 và Whey Protein Isolate trong hệ nhũ nano kép là gì? Lecithin (3%) hoạt động như chất nhũ hóa ưa béo tạo màng ngăn ở pha sơ cấp W1/O. Ở pha ngoại W2, Tween 80 nhanh chóng làm giảm sức căng bề mặt, kết hợp với WPI tạo màng viscoelastic dẻo dai sinh lực đẩy không gian. Tỷ lệ Tween 80 : WPI là 2 : 3 giúp hệ đạt thế Zeta -62,0 mV, chống kết tụ hạt vượt trội.

4. Kích thước giọt 267,2 nm và chỉ số PDI 0,228 thể hiện chất lượng hệ nhũ như thế nào? Kích thước 267,2 nm nằm hoàn hảo trong dải nano thực phẩm (20 nm đến 500 nm), giúp hệ phân tán tốt và tăng khả năng hấp thu qua màng sinh học. Chỉ số PDI đạt 0,228 (thấp hơn ngưỡng 0,3) chứng minh kích thước hạt phân bố rất đồng đều, hạn chế tối đa hiện tượng chín Ostwald gây tách pha.

5. Nguyên nhân nào làm giảm hiệu suất bao bọc sau 28 ngày bảo quản ở nhiệt độ phòng và cách khắc phục? Sự suy giảm hiệu suất vi bao từ 91,37% xuống 21,40% sau 28 ngày ở 25 °C bắt nguồn từ sự khuếch tán tự nhiên của các phân tử flavonoid phân cực qua màng dầu dưới tác động nhiệt. Giải pháp khắc phục hiệu quả là bảo quản ở nhiệt độ mát 4 °C, bổ sung 0,5% polysaccharide vào pha ngoại hoặc sấy phun thành dạng bột khô.

Kết luận

• Luận văn đã định lượng thành công nguồn hoạt chất quý trong vỏ lụa hạt điều Bình Phước với hàm lượng TPC đạt 123,06 mg GAE/g, TFC đạt 100,41 mg CAT/g và TCC đạt 22,13 mg CAT/g chất khô.
• Xây dựng thành công quy trình trích ly xanh E-UAE và kỹ thuật nhũ hóa nano kép W1/O/W2 bảo vệ tối đa các hợp chất flavonoid nhạy cảm.
• Xác lập bộ thông số công nghệ tối ưu: tỷ lệ W1 : O là 10 : 90, Lecithin 3%, tỷ lệ W2 : W1/O là 80 : 20 và tỷ lệ Tween 80 : WPI là 2 : 3.
• Hệ nhũ tương nano kép tối ưu đạt hiệu suất bao bọc ấn tượng 91,37%, kích thước hạt siêu mịn 267,2 nm, PDI 0,228 và thế Zeta bền vững -62,0 mV.
• Duy trì ổn định kích thước hạt ở mức 257,6 nm và thế Zeta tích điện âm mạnh -69,4 mV sau 28 ngày lưu trữ ở nhiệt độ phòng.

Đóng góp quan trọng nhất của luận văn là chứng minh tính khả thi trong việc biến phụ phẩm vỏ lụa hạt điều thành chế phẩm nano chống oxy hóa giá trị cao. Kế hoạch nghiên cứu tiếp theo trong 12 tháng tới sẽ tập trung vào công nghệ sấy phun tạo bột hòa tan và đánh giá khả năng hấp thu in vitro trong mô hình tiêu hóa mô phỏng. Hãy liên hệ với nhóm nghiên cứu hoặc tải toàn văn luận văn thạc sĩ để khai thác chi tiết quy trình công nghệ và cùng hợp tác phát triển sản phẩm ngay hôm nay!

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.