Nghiên cứu hệ nhũ tương nano tinh dầu tiêu đen trong bảo quản thực phẩm

LỜI CAM ĐOAN

TÓM TẮT LUẬN ÁN

ABSTRACT

LỜI CÁM ƠN

MỤC LỤC

DANH MỤC HÌNH

Mở đầu

1. Tổng quan tài liệu

1.1. Hệ nhũ tương nano

1.1.1. Hệ nhũ tương và sự mất ổn định của hệ nhũ tương

1.1.2. Giới thiệu hệ nhũ tương nano

1.2. Đặc điểm của hệ nhũ tương nano

1.2.1. Đặc điểm nhiệt động học của quá trình tạo thành hệ nhũ tương nano

1.2.2. Đặc điểm động học của hệ nhũ tương nano

1.2.3. Sự mất ổn định do quá trình chín Ostwald

1.2.4. Ảnh hưởng của sự tán xạ ánh sáng đến hệ nhũ tương nano

1.2.5. Chất nhũ hoá sử dụng trong hệ nhũ tương nano

1.3. Phương pháp tạo thành hệ nhũ tương nano

1.3.1. Phương pháp tạo nhũ nano với năng lượng cao

1.3.2. Phương pháp tạo nhũ nano với năng lượng thấp

1.4. Phương pháp phân tích hệ nhũ tương nano

1.5. Tinh dầu tiêu đen

1.5.1. Giới thiệu chung về tinh dầu

1.5.2. Đặc điểm và hoạt tính của tinh dầu tiêu đen

1.6. Hệ nhũ tương nano tinh dầu và khả năng ứng dụng trong thực phẩm

2. Vật liệu và phương pháp nghiên cứu

2.1. Nguyên vật liệu thí nghiệm

2.1.1. Tinh dầu tiêu đen

2.1.2. Môi trường nuôi cấy và chủng vi sinh vật

2.1.3. Nguyên liệu thịt tươi

2.2. Các quy trình tạo hệ nhũ tương nano trong thí nghiệm

2.2.1. Quy trình tạo thành hệ nhũ tương nano tinh dầu tiêu đen bằng phương pháp nhiệt độ đảo pha

2.2.2. Quy trình tạo thành hệ nhũ tương nano tinh dầu tiêu đen bằng phương pháp điểm đảo pha

2.3. Nội dung thí nghiệm

2.3.1. Phần 1: Khảo sát quá trình tạo thành hệ nhũ tương nano tinh dầu tiêu đen bằng phương pháp nhiệt độ đảo pha

2.3.1.1. Thí nghiệm 1: Khảo sát ảnh hưởng của nhiệt độ gia nhiệt và tỷ lệ chất nhũ hoá – tinh dầu đến hệ nhũ tương nano tinh dầu tiêu đen

2.3.1.2. Thí nghiệm 2: Khảo sát ảnh hưởng của hàm lượng tinh dầu đến tính chất hệ nhũ tương nano bằng phương pháp nhiệt độ đảo pha

2.3.2. Phần 2: Khảo sát quá trình tạo thành hệ nhũ tương nano tinh dầu tiêu đen bằng phương pháp điểm đảo pha

2.3.2.1. Thí nghiệm 3: Khảo sát ảnh hưởng của hàm lượng tinh dầu đến tính chất hệ nhũ tương nano tạo thành bằng phương pháp điểm đảo pha

2.3.2.2. Thí nghiệm 4: Khảo sát ảnh hưởng của tốc độ chuẩn độ nước đến tính chất hệ nhũ tương nano tinh dầu tiêu đen

2.3.2.3. Thí nghiệm 5: Khảo sát giản đồ pha các thành phần tạo thành hệ nhũ tương nano tinh dầu tiêu đen

2.3.3. Phần 3: So sánh tính chất và sự ổn định của hệ nhũ tương nano tạo thành bằng hai phương pháp đảo pha (EPI – PIT)

2.3.3.1. Thí nghiệm 6: So sánh đặc điểm hoá học và hình thái vi cấu trúc của các mẫu nhũ tương nano

2.3.3.2. Thí nghiệm 7: So sánh sự ổn định dưới tác động của nhiệt độ cao đến các mẫu nhũ tương nano tinh dầu tiêu đen

2.3.3.3. Thí nghiệm 8: So sánh sự ổn định theo thời gian của các mẫu nhũ tương nano khi nhiệt độ bảo quản thay đổi

2.3.3.4. Thí nghiệm 9: So sánh sự ổn định của các mẫu nano tinh dầu tiêu đen dưới tác động của quá trình ly tâm

2.3.3.5. Thí nghiệm 10: So sánh hiệu quả mang tinh dầu của các mẫu nhũ tương nano tinh dầu tiêu đen

2.3.4. Phần 4: Khảo sát quá trình hoàn thiện hệ nhũ tương nano tinh dầu tiêu đen tạo thành bằng phương pháp điểm đảo pha (EPI)

2.3.4.1. Thí nghiệm 11: Khảo sát ảnh hưởng của điều kiện ổn định bằng quá trình lạnh đông – rã đông đến hệ nhũ tương nano tinh dầu tiêu đen

2.3.4.2. Thí nghiệm 12: Khảo sát ảnh hưởng của các nhiệt độ lạnh đông đến hệ nhũ tương nano tinh dầu tiêu đen

2.3.4.3. Thí nghiệm 13: Khảo sát ảnh hưởng của thời gian lạnh đông đến hệ nhũ tương nano tinh dầu tiêu đen

2.3.4.4. Thí nghiệm 14: Khảo sát ảnh hưởng các loại chất nhũ hoá Tween đến hệ nhũ tương nano tinh dầu tiêu đen

2.3.4.5. Thí nghiệm 15: Khảo sát một số tính chất hệ nhũ tương nano tinh dầu tiêu đen hoàn chỉnh trong thời gian lưu mẫu

2.3.5. Phần 5: Khảo sát hoạt tính kháng khuẩn và ứng dụng hệ nhũ tương nano tinh dầu tiêu đen trong quá trình bảo quản thịt

2.3.5.1. Thí nghiệm 16: Khảo sát hoạt tính kháng khuẩn của hệ nhũ tương nano tinh dầu tiêu đen bằng phương pháp pha loãng

2.3.5.2. Thí nghiệm 17: Khảo sát hoạt tính ức chế vi khuẩn của hệ nhũ tương nano tinh dầu tiêu đen trên thịt heo gây nhiễm

2.3.5.3. Thí nghiệm 18: Khảo sát ảnh hưởng của hàm lượng hệ nhũ tương nano tinh dầu tiêu đen đến thịt ướp gia vị bảo quản lạnh

2.3.5.4. Thí nghiệm 19: Khảo sát ảnh hưởng của hàm lượng hệ nhũ tương nano tinh dầu tiêu đen đến sản phẩm thịt bò xay bảo quản lạnh

2.4. Các phương pháp phân tích mẫu thí nghiệm

2.4.1. Phương pháp phân tích vật lý

2.4.1.1. Xác định độ đục bằng quang phổ kế

2.4.1.2. Xác định kích thước giọt và sự phân bố kích thước giọt bằng phương pháp tán xạ ánh sáng động

2.4.1.3. Xác định hình thái vi cấu trúc bằng kính hiển vi điện tử

2.4.1.4. Xác định hiệu suất mang tinh dầu bằng phương pháp chưng cất lôi cuốn hơi nước

2.4.2. Phương pháp phân tích hoá lý

2.4.2.1. Xác định thành phần hoá học các chất dễ bay hơi bằng phương pháp sắc ký khí

2.4.2.2. Xác định tính chất hoá học bằng phương pháp phổ hồng ngoại

2.4.2.3. Xác định đặc tính nhiệt bằng phương pháp nhiệt quét vi sai và phân tích trọng lượng nhiệt

2.4.3. Phương pháp vi sinh

2.4.3.1. Xác định hoạt tính kháng khuẩn bằng phương pháp pha loãng

2.4.3.2. Xác định tổng vi sinh vật hiếu khí bằng phương pháp đổ đĩa đếm khuẩn lạc

2.4.4. Phương pháp xác định hoạt tính chống oxy hoá bằng phương pháp ức chế gốc tự do DPPH

2.4.5. Phương pháp xử lý số liệu

3. Kết quả - Thảo luận

3.1. Thành phần hoá học tinh dầu tiêu đen

3.2. Phần 1: Kết quả khảo sát quá trình tạo thành hệ nhũ tương nano tinh dầu tiêu đen bằng phương pháp nhiệt độ đảo pha

3.2.1. Thí nghiệm 1: Ảnh hưởng của nhiệt độ gia nhiệt và tỷ lệ chất nhũ hoá – tinh dầu đến hệ nhũ tương nano tinh dầu

3.2.2. Thí nghiệm 2: Ảnh hưởng của hàm lượng tinh dầu đến tính chất hệ nhũ tương nano bằng phương pháp nhiệt độ đảo pha

3.3. Phần 2: Kết quả khảo sát quá trình tạo thành hệ nhũ tương nano tinh dầu tiêu đen bằng phương pháp điểm đảo pha (EPI)

3.3.1. Thí nghiệm 3: Ảnh hưởng của hàm lượng tinh dầu đến tính chất hệ nhũ tương nano tạo thành bằng phương pháp điểm đảo pha

3.3.2. Thí nghiệm 4: Ảnh hưởng của tốc độ chuẩn độ nước đến tính chất hệ nhũ tương nano tinh dầu tiêu đen

3.3.3. Thí nghiệm 5: Kết quả xây dựng giản đồ pha của các thành phần

3.4. Phần 3: Kết quả so sánh tính chất của hệ nhũ tương nano tạo thành bằng hai phương pháp đảo pha PIT và EPI

3.4.1. Thí nghiệm 6: Kết quả so sánh đặc điểm hoá học và hình thái

3.4.1.1. Thành phần hoá học của các hệ nhũ tương tạo thành bằng phương pháp đảo pha

3.4.1.2. Hình thái vi cấu trúc của các hệ nhũ tương tạo thành bằng phương pháp đảo pha

3.4.2. Thí nghiệm 7: Kết quả so sánh sự ổn định dưới tác động của nhiệt độ cao đến các mẫu nhũ tương nano tinh dầu tiêu đen

3.4.3. Thí nghiệm 8: Kết quả so sánh sự ổn định theo thời gian của các mẫu nhũ tương nano khi nhiệt độ bảo quản thay đổi

3.4.4. Thí nghiệm 9: Kết quả so sánh sự ổn định của các mẫu nano tinh dầu tiêu đen dưới tác động của quá trình ly tâm

3.4.5. Thí nghiệm 10: Kết quả khảo sát hiệu quả mang tinh dầu của các mẫu nhũ tương nano tinh dầu tiêu đen

3.5. Phần 4: Kết quả khảo sát quá trình hoàn thiện hệ nhũ tương nano tinh dầu tiêu đen tạo thành bằng phương pháp điểm đảo pha (EPI)

3.5.1. Thí nghiệm 11: Ảnh hưởng của điều kiện ổn định bằng quá trình lạnh đông – rã đông đến hệ nhũ tương nano tinh dầu tiêu đen

3.5.2. Thí nghiệm 12: Ảnh hưởng của nhiệt độ lạnh đông đến hệ nhũ tương nano tinh dầu tiêu đen

3.5.3. Thí nghiệm 13: Ảnh hưởng của thời gian lạnh đông đến hệ nhũ tương nano tinh dầu tiêu đen

3.5.4. Thí nghiệm 14: Ảnh hưởng các loại chất nhũ hoá Tween đến hệ nhũ tương nano tinh dầu tiêu đen

3.5.5. Thí nghiệm 15: Kết quả khảo sát một số tính chất hệ nhũ tương nano tinh dầu tiêu đen hoàn chỉnh trong thời gian lưu mẫu

3.6. Phần 5: Kết quả khảo sát hoạt tính kháng khuẩn và ứng dụng hệ nhũ tương nano tinh dầu tiêu đen trong quá trình bảo quản thịt

3.6.1. Thí nghiệm 16: Hoạt tính kháng khuẩn của hệ nhũ tương nano tinh dầu tiêu đen đánh giá bằng phương pháp pha loãng

3.6.2. Thí nghiệm 17: Hoạt tính ức chế vi khuẩn của hệ nhũ tương nano tinh dầu tiêu đen trên thịt heo gây nhiễm

3.6.3. Thí nghiệm 18: Ảnh hưởng của của hàm lượng nhũ tương nano tinh dầu tiêu đen đến thịt ướp gia vị bảo quản lạnh

3.6.4. Thí nghiệm 19: Ảnh hưởng của hàm lượng nhũ tương nano tinh dầu tiêu đen đến sản phẩm thịt bò xay

4. Chương 4 Kết luận – Đề nghị

Danh mục công trình đã công bố

Tài liệu tham khảo

Phụ lục 1 Số liệu và xử lý số liệu trong nội dung nghiên cứu Phần 1

Phụ lục 2 Số liệu và xử lý số liệu trong nội dung nghiên cứu Phần 2

Phụ lục 3 Số liệu và xử lý số liệu trong nội dung nghiên cứu Phần 3

Phụ lục 4 Số liệu và xử lý số liệu trong nội dung nghiên cứu Phần 4

Phụ lục 5 Số liệu và xử lý số liệu trong nội dung nghiên cứu Phần 5

I. Giới thiệu về hệ nhũ tương nano

Hệ nhũ tương nano là một dạng hệ phân tán, trong đó các giọt chất lỏng nhỏ được phân tán trong một chất lỏng khác. Hệ này có khả năng cải thiện tính ổn định và khả năng phân tán của các thành phần ưa béo trong môi trường thực phẩm chứa nhiều nước. Hệ nhũ tương nano có thể được tạo ra bằng nhiều phương pháp khác nhau, trong đó phương pháp nhiệt độ đảo pha (PIT) và phương pháp điểm đảo pha (EPI) là hai phương pháp phổ biến. Nghiên cứu này tập trung vào việc tạo ra hệ nhũ tương nano tinh dầu tiêu đen và đánh giá khả năng ứng dụng của nó trong bảo quản thực phẩm. Việc sử dụng tinh dầu tiêu đen trong hệ nhũ tương nano không chỉ giúp tăng cường khả năng kháng vi sinh vật mà còn cải thiện chất lượng và độ an toàn của thực phẩm.

1.1 Đặc điểm của hệ nhũ tương nano

Hệ nhũ tương nano có những đặc điểm nổi bật như kích thước giọt nhỏ, tính ổn định cao và khả năng phân tán tốt. Kích thước giọt thường dưới 100 nm, giúp tăng cường khả năng hấp thụ và hiệu quả hoạt động của các thành phần có hoạt tính chức năng. Tinh dầu tiêu đen được biết đến với khả năng kháng vi sinh vật, và khi được đưa vào hệ nhũ tương nano, nó có thể phát huy tối đa hiệu quả này. Nghiên cứu cho thấy rằng hệ nhũ tương nano có thể duy trì tính ổn định trong thời gian dài, điều này rất quan trọng trong bảo quản thực phẩm.

II. Phương pháp nghiên cứu

Nghiên cứu này sử dụng hai phương pháp chính để tạo ra hệ nhũ tương nano tinh dầu tiêu đen: phương pháp nhiệt độ đảo pha (PIT) và phương pháp điểm đảo pha (EPI). Mỗi phương pháp có những ưu điểm và nhược điểm riêng. Phương pháp EPI cho thấy khả năng tạo ra hệ nhũ tương ổn định hơn với hiệu suất mang tinh dầu cao hơn, đạt khoảng 70%. Quá trình ổn định hệ nhũ tương nano được thực hiện trong điều kiện lạnh đông -15oC trong 24 giờ, giúp cải thiện các đặc tính hóa lý của hệ. Kết quả cho thấy kích thước giọt và chỉ số đa phân tán đều giảm, cho thấy sự ổn định của hệ nhũ tương nano sau khi trải qua quá trình đông lạnh và rã đông.

2.1 Quy trình tạo hệ nhũ tương nano

Quy trình tạo hệ nhũ tương nano bao gồm các bước như chuẩn bị nguyên liệu, thực hiện quá trình tạo nhũ tương và ổn định hệ. Tinh dầu tiêu đen được sử dụng làm thành phần chính, kết hợp với chất nhũ hóa như Tween 80. Các thí nghiệm được thực hiện để khảo sát ảnh hưởng của nhiệt độ, tỷ lệ chất nhũ hóa và hàm lượng tinh dầu đến tính chất của hệ nhũ tương. Kết quả cho thấy rằng việc điều chỉnh các yếu tố này có thể cải thiện đáng kể tính ổn định và hiệu quả của hệ nhũ tương nano.

III. Đánh giá khả năng kháng vi khuẩn

Khả năng kháng vi khuẩn của hệ nhũ tương nano tinh dầu tiêu đen được đánh giá thông qua các thí nghiệm với các chủng vi khuẩn gây ngộ độc thực phẩm như Escherichia coli, Pseudomonas aeruginosa, Salmonella enterica và Staphylococcus aureus. Kết quả cho thấy hệ nhũ tương nano có khả năng ức chế tốt các vi khuẩn này, đặc biệt là trên E. enterica với giá trị MIC thấp. Việc bổ sung hệ nhũ tương nano vào thực phẩm như thịt heo, thịt gà và thịt bò xay đã cho thấy sự giảm mật độ vi sinh vật hiếu khí trong thời gian bảo quản, cho thấy tiềm năng ứng dụng của nó trong bảo quản thực phẩm.

3.1 Ứng dụng trong thực phẩm

Việc sử dụng hệ nhũ tương nano tinh dầu tiêu đen như một chất phụ gia trong thực phẩm không chỉ giúp kéo dài thời gian bảo quản mà còn nâng cao chất lượng sản phẩm. Các thí nghiệm cho thấy rằng hệ nhũ tương nano có thể giảm thiểu sự phát triển của vi sinh vật trong thực phẩm, từ đó đảm bảo an toàn cho người tiêu dùng. Nghiên cứu này mở ra hướng đi mới cho việc ứng dụng công nghệ nano trong ngành thực phẩm, đặc biệt là trong việc phát triển các sản phẩm an toàn và chất lượng cao.

Luận án tiến sĩ: Nghiên cứu hệ nhũ tương nano tinh dầu tiêu đen và ứng dụng trong bảo quản thực phẩm