Nghiên cứu hoạt tính chống oxy hóa của phụ phẩm rau quả Việt Nam và ứng dụng trong bảo quản tôm

Nghiên cứu hoạt tính chống oxy hóa của phụ phẩm rau quả Việt Nam và ứng dụng trong bảo quản tôm, góp phần nâng cao giá trị nông sản.

• Tác giả: Nguyễn Thái Hoàng An
• Người hướng dẫn: ThS. Phan Thị Anh Đào
• Trường học: Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Thành Phố Hồ Chí Minh
• Chuyên ngành: Công Nghệ Thực Phẩm
• Đề tài: Nghiên Cứu Hoạt Tính Chống Oxy Hóa Của Các Phụ Phẩm Rau Quả Việt Nam Trong Bảo Quản Tôm
• Loại tài liệu: Khóa Luận Tốt Nghiệp
• Năm xuất bản: 2015
• Địa điểm: Tp. Hồ Chí Minh

Mục lục chi tiết

• LỜI CẢM ƠN
• LỜI CAM ĐOAN
• MỤC LỤC
• DANH MỤC HÌNH
• DANH MỤC BẢNG BIỂU
• DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT
• TÓM TẮT KHÓA LUẬN
• LỜI MỞ ĐẦU
• 1. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN
• 1.1. Qúa trình oxy hóa thực phẩm
• 1.2. Gốc tự do
• 1.2.1. Khái niệm
• 1.2.2. Phân loại
• 1.2.3. Nguồn gốc phát sinh gốc tự do
• 1.2.3.1. Nguồn nội sinh
• 1.2.3.2. Nguồn ngoại sinh
• 1.2.4. Vai trò của gốc tự do
• 2. CHƯƠNG 2: VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP
• 2.1. Sàng lọc hoạt tính kháng oxy hóa của các phụ phẩm rau quả Việt Nam
• 2.2. Hóa chất và thiết bị
• 2.3. Phương pháp điều chế cao ethanol
• 2.4. Phương pháp xác định tổng hàm lượng flavonoid
• 2.5. Nghiên cứu và ứng dụng phụ gia kháng oxy hóa trong bảo quản tôm
• 2.5.1. Quy trình điều chế phụ gia
• 2.5.2. Phương pháp cảm quan điểm biến đen ở tôm
• 2.5.3. Phương pháp oxy hóa chất béo (TBARS)
• 3. CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN
• 3.1. Kết quả điều chế cao ethanol từ các phụ phẩm rau quả ba vùng Việt Nam
• 3.2. Kết quả điều chế cao ethanol từ các phụ phẩm rau quả
• 3.3. Kết quả thử hoạt tính kháng oxy hóa bằng phương pháp xác định tổng hàm lượng flavonoid
• 3.4. Kết quả nghiên cứu và ứng dụng hoạt tính chống oxy hóa từ các loại phụ phẩm thử hoạt tính kháng oxy hóa bằng phương pháp xác định tổng hàm lượng flavonoid
• 3.5. Kết quả thử nghiệm bảo quản tôm
• 3.6. Kết quả khả năng ức chế quá trình peroxide hóa lipid
• 4. CHƯƠNG 4: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
• 4.1. Định hướng nghiên cứu tiếp theo
• 4.2. Ứng dụng trong công nghệ thực phẩm
• TÀI LIỆU THAM KHẢO

Tóm tắt

I. Tổng quan về hoạt tính chống oxy hóa

Hoạt tính chống oxy hóa là khả năng của một chất trong việc ngăn chặn hoặc làm chậm quá trình oxy hóa, một phản ứng hóa học có thể gây hại cho tế bào. Trong nghiên cứu này, hoạt tính chống oxy hóa từ các phụ phẩm rau quả Việt Nam được xem xét với mục tiêu ứng dụng trong bảo quản tôm. Các chất chống oxy hóa tự nhiên từ rau quả không chỉ an toàn cho sức khỏe mà còn có khả năng bảo vệ thực phẩm khỏi sự hư hỏng do oxy hóa. Nghiên cứu đã chỉ ra rằng các phụ phẩm rau quả như hạt bơ, hạt nho và vỏ măng cụt có hàm lượng flavonoid cao, cho thấy tiềm năng lớn trong việc phát triển các phụ gia kháng oxy hóa tự nhiên cho ngành thực phẩm.

1.1. Gốc tự do và quá trình oxy hóa

Gốc tự do là những phân tử có electron không ghép cặp, dễ dàng tham gia vào các phản ứng hóa học. Chúng có thể gây ra tổn thương cho tế bào, dẫn đến các bệnh lý nghiêm trọng. Trong thực phẩm, sự hình thành gốc tự do thường xảy ra trong quá trình oxy hóa chất béo, gây ra hiện tượng biến đen ở tôm. Việc hiểu rõ về gốc tự do và cơ chế hoạt động của chúng là rất quan trọng trong việc phát triển các phương pháp bảo quản thực phẩm hiệu quả.

1.2. Tình hình nghiên cứu trong nước và quốc tế

Nghiên cứu về hoạt tính chống oxy hóa từ phụ phẩm rau quả đã được thực hiện ở nhiều quốc gia, tuy nhiên, tại Việt Nam, lĩnh vực này vẫn còn mới mẻ. Các nghiên cứu hiện tại chủ yếu tập trung vào việc sử dụng hóa chất tổng hợp, trong khi việc khai thác chất chống oxy hóa tự nhiên từ rau quả Việt Nam có thể mang lại nhiều lợi ích về mặt dinh dưỡng và bảo vệ môi trường. Việc ứng dụng các phụ phẩm rau quả trong bảo quản tôm không chỉ giúp giảm thiểu lãng phí mà còn nâng cao giá trị sản phẩm.

II. Phương pháp nghiên cứu

Nghiên cứu được thực hiện thông qua việc điều chế cao ethanol từ các phụ phẩm rau quả từ ba vùng Tây Nguyên, Tây Nam Bộ và Ninh Thuận-Bình Thuận. Phương pháp trích ly được thực hiện ở nhiệt độ 60°C, nhằm tối ưu hóa hàm lượng chất chống oxy hóa tự nhiên. Sau đó, hoạt tính kháng oxy hóa của 44 mẫu cao ethanol được sàng lọc bằng phương pháp xác định tổng hàm lượng flavonoid. Kết quả cho thấy có năm mẫu có hoạt tính kháng oxy hóa mạnh, trong đó hạt bơ có hàm lượng flavonoid cao nhất. Những mẫu này được ứng dụng trong bảo quản tôm ở nhiệt độ 2°C, cho thấy hiệu quả rõ rệt trong việc hạn chế biến đen và oxy hóa chất béo.

2.1. Điều chế cao ethanol

Quá trình điều chế cao ethanol từ phụ phẩm rau quả được thực hiện bằng phương pháp trích nóng. Phương pháp này cho phép chiết xuất tối đa các chất chống oxy hóa tự nhiên có trong rau quả, từ đó tạo ra các phụ gia kháng oxy hóa có giá trị. Việc sử dụng ethanol làm dung môi không chỉ an toàn mà còn hiệu quả trong việc hòa tan các hợp chất hữu cơ, giúp tăng cường hoạt tính kháng oxy hóa của sản phẩm.

2.2. Sàng lọc hoạt tính kháng oxy hóa

Sàng lọc hoạt tính kháng oxy hóa được thực hiện thông qua việc xác định tổng hàm lượng flavonoid. Phương pháp này cho phép đánh giá khả năng chống oxy hóa của các mẫu cao ethanol. Kết quả cho thấy hạt bơ, hạt nho và vỏ măng cụt có hàm lượng flavonoid cao, chứng tỏ tiềm năng lớn trong việc phát triển các phụ gia kháng oxy hóa tự nhiên cho ngành thực phẩm. Việc ứng dụng các mẫu này trong bảo quản tôm đã cho thấy hiệu quả rõ rệt trong việc hạn chế sự biến đen và oxy hóa chất béo.

III. Kết quả và thảo luận

Kết quả nghiên cứu cho thấy rằng việc sử dụng phụ phẩm rau quả trong bảo quản tôm mang lại hiệu quả cao. Sau bảy ngày bảo quản ở 2°C, hạt bơ cho thấy khả năng bảo quản tốt nhất, với chỉ 20-40% diện tích bề mặt tôm bị biến đen. Ngược lại, vỏ măng cụt có khả năng bảo quản kém nhất. Kết quả này cho thấy tầm quan trọng của việc lựa chọn đúng phụ gia kháng oxy hóa trong việc bảo quản thực phẩm. Ngoài ra, nghiên cứu cũng chỉ ra rằng hạt thanh trà có khả năng hạn chế oxy hóa chất béo tốt nhất, điều này có ý nghĩa quan trọng trong việc nâng cao chất lượng sản phẩm thủy sản.

3.1. Đánh giá cảm quan sự thay đổi điểm biến đen của tôm

Đánh giá cảm quan sự thay đổi điểm biến đen của tôm là một phần quan trọng trong nghiên cứu. Kết quả cho thấy sự khác biệt rõ rệt giữa các mẫu tôm được bảo quản bằng các phụ gia kháng oxy hóa khác nhau. Hạt bơ không chỉ giúp giảm thiểu biến đen mà còn duy trì chất lượng cảm quan của tôm, điều này có thể giúp nâng cao giá trị thương mại của sản phẩm. Việc sử dụng phụ phẩm rau quả trong bảo quản tôm không chỉ mang lại lợi ích về mặt kinh tế mà còn góp phần bảo vệ môi trường.

3.2. Khả năng ức chế quá trình peroxide hóa lipid

Khả năng ức chế quá trình peroxide hóa lipid là một yếu tố quan trọng trong việc bảo quản thực phẩm. Kết quả nghiên cứu cho thấy hạt nho có giá trị TBARS cao nhất, cho thấy khả năng kháng oxy hóa chất béo thấp nhất. Ngược lại, hạt thanh trà có giá trị TBARS thấp nhất, chứng tỏ khả năng hạn chế oxy hóa chất béo tốt nhất. Điều này cho thấy rằng việc lựa chọn đúng phụ gia kháng oxy hóa không chỉ ảnh hưởng đến chất lượng cảm quan mà còn đến giá trị dinh dưỡng của sản phẩm.

Trích đoạn nội dung tài liệu

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 1. Qúa trình oxy hóa trong thực phẩm 1. Gốc tự do a. Khái niệm Trong hóa học, gốc tự do là những nguyên tử, nhóm nguyên tử hoặc phân tử có những electron không ghép cặp ở lớp ngoài cùng.

Các electron này có năng lượng cao, rất kém bền nên các gốc tự do dễ dàng tham gia vào nhiều phản ứng hóa học như phản ứng oxy hóa – khử, phản ứng polymer hóa.để tạo ra một chuỗi những gốc tự do mới. Gốc tự do có hoạt tính cao nên thời gian tồn tại của chúng thường rất ngắn, phụ thuộc nhiều yếu tố: cấu hình không gian, đặc tính cộng hưởng, hiệu ứng liên hợp[9]. Phân loại Có hai nhóm gốc tự do chủ yếu bao gồm: các dạng hoạt động của nitrogen (reactivenitrogen species, RNS) và các dạng hoạt động của oxygen (reactive oxygen species, ROS) (bảng 1. Các dạng hoạt động của nitrogen [3],[22],[27] Thời gian Các dạng hoạt động Ký hiệu Nguồn gốc tồn tại Vai trò rất quan trọng trong hệ Nitric oxide NO● 1s thống thần kinh trung ương và Radicals ngoại biên.

Nitrogen Hình thành trong quá trình ô NO2● 1s dioxide nhiễm không khí Acid Khá ổn Được hình thành khi ONOO─ ONOOH peroxynitrous định nhận thêm 1 proton. Nonradicals ─ -3 Hoạt tính cao, hình thành từ NO● Peroxynitrite ONOO 10 s và O2●─ 1 do an Bảng 1. Các dạng hoạt động của oxygen [5],[22],[27] Thời Ký Các dạng hoạt động gian Hoạt động hiệu tồn tại Tạo ra trong ty thể (mitochondria), hệ Superoxide O2●─ 10-6s thống tim mạch và các bộ phận khác Hoạt tính cao, được tạo ra trong tình Gốc hydroxyl ● -9 HO 10 s trạng cơ thể dư chất sắt (phản ứng Radical Fenton) Alkoxyl RO● 1s Hoạt tính cao, được hình thành khi Gốc peroxyl ROO● 1s các đại phân tử bị gốc tự do tấn công Hydroperoxide Phản ứng với các ion kim loại chuyển ROOH Ổn định hữu cơ tiếp để tạo ra các dạng hoạt động. Là tác nhân oxy hóa mạnh, dễ dàng Hydrogen H2O2 Bền nhận 1 electron để chuyển hóa thành peroxide gốc tự do HO● Hoạt tính cao, hình thành trong quá 1 Nonradical Singlet oxygen O2 10-6s trình quang học (photosensitization) và phản ứng hóa học Là 1 chất gây ô nhiễm trong khí Ozon O3 1s quyển, có thể phản ứng với các phân tử khác nhau để tạo ra O2.

Hai gốc tự do quan trọng chứa nitrogen là NO• và ONOO-, trong đó NO• là gốc tự do được quan tâm nhiều nhất do nó có vai trò rất quan trọng trong hệ thống thần kinh trung ương, ngoại biên và là tác nhân điều hòa huyết áp.Ngược lại, các dạng hoạt động của oxygen là tác nhân nguy hiểm gây hơn 60 bệnh lý.Các dạng oxygen hoạt động này có năng lượng cao, rất kém bền và dễ dàng phản ứng với những đại phân tử sinh học như protein, lipid, DNA… gây rối loạn các quá trình sinh hóa trong cơ thể. Đồng thời khi một phân tử sống bị các gốc tự do tấn công, nó sẽ mất điện tử và trở thành một gốc tự do mới, tiếp tục phản ứng với những phân tử khác tạo thành một chuỗi phản ứng thường gọi là phản ứng dây chuyền trong cơ thể, gây ra các biến đổi có tác hại đối với cơ thể[22]. Nguồn gốc phát sinh gốc tự do Gốc tự do được hình thành từ bên trong cơ thể (nguồn nội sinh) và từ môi trường xung quanh (nguồn ngoại sinh).  Nguồn nội sinh[27] Các gốc tự do được chính cơ thể tạo ra bởi những quá trình sinh lý (quá trình hô hấp ở tế bào), quá trình bệnh lý (quá trình viêm nhiễm), hoặc bởi hệ thống enzyme thân oxy hóa và sự có mặt của các ion kim loại chuyển tiếp trong cơ thể.

+ Quá trình hô hấp của tế bào[24] Một chuỗi những phản ứng oxy hóa–khử xảy ra trong quá trình hô hấp của tế bào, tạo ra sản phẩm trung gian là các gốc tự do. + Hội chứng viêm nhiễm Hội chứng viêm nhiễm là một phản ứng tự vệ của cơ thể sống nhằm chống lại sự tấn công của các vi khuẩn hoặc các vi sinh vật lạ từ bên ngoài xâm nhập vào cơ thể hoặc sinh ra ngay trong cơ thể. Khi các vi khuẩn hoặc các vi sinh vật xâm nhập vào cơ thể sẽ bị bạch cầu đa nhân trung tính bao kín để làm nhiệm vụ thực bào. Lúc này enzyme NADPH oxydase ở màng bạch cầu được hoạt hóa, xúc tác phản ứng giữa O2 và NADPH tạo nên gốc tự do O2- , từ đó tạo nên nhiều gốc tự do khác nhau phân hủy các vi sinh vật lạ.

Một phần các gốc tự do bị thoát ra ngoài bạch cầu và gây nên những phản ứng viêm. + Các enzyme thân oxy hóa[24] Một hệ thống các enzyme thân oxy hóa trong cơ thể có khả năng tạo gốc tự do như xanthine oxydase (XO), NADPH oxydase, nitric oxide synthase. Gốc O2- và NO là 2 gốc tự do chính được sinh ra dưới sự xúc tác của các enzyme thân oxy hóa này. + Các ion kim loại chuyển tiếp Phản ứng giữa một ion kim loại chuyển tiếp và một hợp chất peroxide cũng góp phần sản sinh ra gốc tự do trong cơ thể.

 Nguồn ngoại sinh Ngoài những yếu tố nội sinh, gốc tự do còn được hình thành trong cơ thể bởi các yếu tố ngoại sinh như sự ô nhiễm môi trường, bức xạ, khói thuốc, ozon. + Sự bức xạ Dưới tác dụng của bức xạ, các gốc tự do như O2, HO, HOO được hình thành trong cơ thể. Vì thành phần chủ yếu của cơ thể là nước, do đó khi bức xạ có năng lượng cao (tia X, tia UV.) chiếu vào cơ thể sẽ phân hủy nước thành các gốc tự do. Điều này giải thích 3 do an cho sự lão hóa da người tăng lên ở những vùng bị phơi bày dưới ánh sáng.

Đó là do tia cực tím đã làm sản sinh ra những gốc tự do có khả năng tham gia quá trình peroxide hóa lipid ở các tế bào da. + Khói thuốc lá Khói thuốc chứa một lượng lớn những hợp chất như aldehyde, expoxyde, peroxyde và những gốc oxy hóa như nitric oxide, gốc peroxyl, gốc với trung tâm carbon hiện diện trong pha khí. Theo ước tính, một làn hơi thuốc lá có khoảng 1015 gốc tự do. Chúng có khả năng tồn tại trong thời gian dài cho đến khi chúng tấn công túi phổi.

Bên cạnh đó, khói thuốc còn chứa các gốc bền trong nhựa thuốc. Sự vi xuất huyết là nguyên nhân chủ yếu của sự kết tủa sắt được tìm thấy ở mô phổi của những người hút thuốc. Sắt trong thể này dễ dàng xúc tác cho phản ứng Fenton, sinh gốc HO● độc hại. + Ozon Ozon là một trong những tác nhân độc hại tạo ra gốc tự do và sự ảnh hưởng của nó trên cơ thể sống biểu hiện chủ yếu qua tổn thương ở phổi và máu.

Ozon có thể phản ứng trực tiếp với các hợp chất bất bão hòa như các acid béo trong lipid hoặc có thể tự sinh gốc O2, từ đó gia tăng khả năng hình thành các gốc tự do trong cơ thể[23]. Vai trò của gốc tự do Theo ước tính, trung bình một ngày có khoảng 10 000-20 000 gốc tự do hoạt động trong cơ thể con người. Xét về phương diện có lợi, gốc tự do rất cần thiết đối với các hoạt động của cơ thể sống. Trong quá trình trao đổi chất, gốc tự do đóng vai trò trung gian di chuyển các điện tử từ phân tử này sang phân tử khác nhằm tạo ra năng lượng.

Gốc tự do góp phần cùng với bạch cầu tiêu diệt các vi sinh vật có hại, tăng cường khả năng bảo vệ cho hệ thống miễn dịch của cơ thể. Gốc tự do giúp tiêu diệt các vi sinh vật lạ, gốc tự do còn góp phần quét dọn những tế bào già, chết trong cơ thể tạo điều kiện cho những tế bào mới sinh sôi, phát triển và tiêu diệt những tế bào bất thường như tế bào ung thư. Ngoài ra, gốc tự do còn tham gia vào nhiều quá trình có lợi khác cho cơ thể như đóng vai trò là chất dẫn truyền thần kinh (NO•) và tác nhân điều hòa huyết áp. Trong cơ thể sống luôn tồn tại sự cân bằng các dạng hoạt động và dạng kháng oxy hóa, đó là một trạng thái cân bằng nội môi (homeostasis).

Tuy nhiên, do ảnh hưởng của nhiều yếu tố tác động ngoại sinh làm gia tăng nồng độ của các dạng hoạt động, vượt quá mức kiểm soát của các hệ thống kháng oxy hóa trong cơ thể. Hiện tượng stress oxy hóa 4 do an (oxydative stress) xảy ra, mang lại nhiều nguy hại cho con người khi các gốc tự do bùng phát và tấn công các phân tử sống như lipid, protein, DNA và có thể gây chết tế bào.[23] Gốc tự do tấn công ở mức độ nhẹ sẽ gây rối loạn chức năng tế bào, nặng hơn gây nên nhiều bệnh lý nguy hiểm và gây ung thư. Đặc biệt, khi gốc tự do tấn công lên não, sẽ gây mất ngủ, đau nửa đầu, suy giảm trí nhớ.2 Sự oxy hóa chất béo trong thực phẩm[20] Trong sản xuất, bảo quản và chế biến thực phẩm, quá trình oxy hoá chất béo xảy ra làm giảm thời gian bảo quản sản phẩm. Sự oxy hoá chất béo không no được khởi tạo bằng việc tạo thành các gốc tự do dưới tác dụng của ánh sáng, nhiệt độ, ion kim loại và oxy.

Thông thường, phản ứng xảy ra trên nhóm metyl cận kề với nối đôi C=C của mạch cacbon. Hai quá trình oxy hoá chất béo chủ yếu là quá trình oxy hoá sinh học và oxy hoá hoá học.  Quá trình oxy hoá hoá học Quá trình oxy hoá hoá học gồm 3 giai đoạn: giai đoạn khơi mào, giai đoạn tiếp diễn và giai đoạn kết thúc. + Trong giai đoạn khơi mào, các gốc tự do được hình thành dưới tác động của ánh sáng, sự có mặt của oxy hoà tan và kim loại chuyển tiếp trong môi trường.3) M2+ + ROOH M3+ + RO• + OH• (1.4) + Tiếp theo giai đoạn khơi mào là giai đoạn tiếp diễn, gốc tự do R• được hình thành trong giai đoạn khơi mào sẽ kết hợp với oxy không khí tạo nên gốc tự do peroxyte.5) Gốc peroxyte được tạo thành sẽ kết hợp với những phân tử khác tạo ra hyroperoxyte ROOH và hình thành một gốc tự do R• mới.

ROO• + RH ROOH + R• (1.6) Hydroperoxyte kém bền dễ dàng phân mạch để cho những gốc tự do khác nhau như gốc alcoxy RO•, peroxyte ROO•, hydroxyl •OH. ROOH RO• + •OH (1.7) 2ROOH ROO• + RO• + H2O (1.8) 5 do an Từ RO• có thể tạo nên những sản phẩm thứ cấp như rượu, ceton và aldehyte.