CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN TÀI LIỆU 1. Tổng quan về nghệ Nghệ là một cây thân thảo lâu năm thuộc họ gừng, có củ dưới mặt đất (Chan et al. Nó có nguồn gốc ở vùng nhiệt đới Tamil Nadu, phía đông nam Ấn Độ. Nhiệt độ sinh trưởng từ 20oC tới 30oC và cần một lượng mưa hằng năm nhiều mới phát triển mạnh.
Nghệ mọc hoang trong các khu rừng ở Nam Á và Đông Nam Á. Củ nghệ được xem là một loại gia vị phổ biến trong nhiều món ăn ở Châu Á đặc biệt là Ấn Độ. Bên cạnh đó, bột nghệ từ củ nghệ cũng được sử dụng để thêm hương vị và màu sắc cho gạo, mì ống, thịt và các món ăn rau, xà lách. Mặc dù, tiềm năng chữa bệnh của nghệ vẫn chưa được nghiên cứu và chứng minh trước đó nhưng y học cổ truyền Tamil, (còn được gọi là Siddha) đã đề nghị sử dụng nghệ trong thực phẩm như một vị thuốc có khả năng chữa bệnh.
Theo một số nghiên cứu, ở Châu Á trong hơn 2500 năm, củ nghệ được đã được sử dụng như một phương thuốc chữa bệnh về dạ dày và gan cũng như khả năng kháng khuẩn (Chaturvedi, 2009). Thành phần hóa học của nghệ Thành phần hóa học của củ nghệ bao gồm: carbohydrate (69. Phần bột nghệ sau khi nghiền và sấy có chứa các curcuminoid chiếm 5.9% khối lượng bột nghệ. Theo đó, curcuminoid một hỗn hợp các hợp chất có hoạt tính sinh học có màu vàng cam cụ thể là curcumin (77%), demethoxycucurmin (DMC 17%) và bisdemethoxycurcumin (BDMC 3%).
Curcumin đang là tâm điểm nghiên cứu hiện nay vì khả năng phòng ngừa, chữa một số chứng bệnh bao gồm: ung thư, Alzheimer, tiểu đường, dị ứng, viêm khớp, và các loại bệnh mãn tính khác (Nagpal & Sood, 2013). Gần đây, các hợp chất polyphenol có vai trò rất quan nhờ vào khả năng ngăn ngừa một số chứng bệnh liên quan đến thoái hóa, đặc biệt là ung thư (Sohrab et al. Việc kiểm tra tác dụng của curcumin đối với sức khỏe là một việc làm rất ý nghĩa. Curcuminoid Curcuminoid thường được sử dụng để tạo hương thực phẩm, màu, thuốc truyền thống trong hàng ngàn năm nay.
Là một nguyên liệu tự nhiên khá phức tạp, nghệ bao gồm các chất có hoạt tính sinh học đó là curcuminoids và các hợp chất tương tự như là Demethoxycurcumin (DMC) và Bisdemethoxycurcumin (BDMC) kết hợp với curcumnin. Mặc dù, curcumin có nhiều tính chất về dược như là chống viêm nhiễm và chống ung thư 1 do an nhưng chỉ chiếm nồng độ rất thấp khoảng nhỏ hơn 6 % trong củ nghệ và khả năng tan trong nước rất kém, khó hấp thụ bởi ruột, chuyển hóa chậm, rất dễ bị loại khỏi cơ thể do đó hoạt tính sinh học rất thấp. Curcumin được xác định là hợp chất có màu vàng vào khoảng 200 năm trước. Vào giữa năm 1942 curcumin được coi là một chất có hoạt tính sinh học, có tính kháng khuẩn, do nó có hiệu quả chống một số vi sinh vật như: Staphylococcus aureus, Salmonella paratyphi, Mycobacterium tuberculosis.
Năm 1953, Srinivasan đã xác định sự tồn tại của các thành phần khác được gọi là curcuminoid thông qua phương pháp sắc ký. Sau đó, curcumin được cho là có khả năng giảm Cholesterol, chống tiểu đường, kháng viêm và chống oxy hoá có hoạt tính chống ung thư ở cả mô hình in vitro và in vivo, với các nghiên cứu lâm sàng được tiến hành với người, người ta đã xác định được curcumin là an toàn và hiệu quả. Mặt khác, curcumin là một hợp chất "được công nhận là an toàn" bởi Cục quản lý Thực phẩm và Dược phẩm (FDA) (Patil, Jayaprakasha, Chidambara Murthy, & Vikram, 2009), (Prasad, Gupta, Tyagi, & Aggarwal, 2014). Curcumin hiện nay được điều chế theo hai cách: hoặc là trích ly từ các dung môi có tính phân cực thấp như ethanol, ethyl acetate….
hoặc tổng hợp. Phương pháp trích ly sử dụng hệ thống Soxhlet để trích ly curcumin từ nghệ thì dễ thực hiện, ít tốn chi phí, mặt khác dung môi có thể thu hồi bằng thiết bị cô quay chân không (Revathy, Elumalai, & Antony, 2011). Sau khi thu được bột curcumin tiến hành chạy sắc ký bản mỏng (TLC) để kiểm tra độ tinh sạch của curcumin (Kulkarni, Maske, Budre, & Mahajan, 2012). Ưu điểm của phương pháp trích ly curcumin thu được rất sạch độ tinh khiết >95% (Verghese, 1993).
Nhược điểm của phương pháp này là phải tinh sạch nhiều lần bằng ethanol hoặc butyl acetate. Bên cạnh đó, phương pháp ngâm nghệ để trích ly curcuminoid cũng được sử dụng rộng rãi. Ưu điểm của phương pháp này là có thể trích ly rất nhiều curcuminoid trong một lần trích ly. Tuy nhiên nhược điểm của phương pháp này là độ tinh sạch ko cao, quá trình tinh sạch rất lâu và mất thời gian.
Tính chất vật lý và hóa học của curcumin Curcumin có công thức hóa học là C21H12O6 (Hình 1.1), có khối lượng phân tử là 368,37g/mol và nhiệt độ nóng chảy là 183oC. Curcumin là một hợp chất kị nước và khả năng tan trong nước kém (Feng, Wei, Lee, & Zhao, 2017). Curcumin không hòa tan trong nước ở pH axit và trung tính, tuy nhiên curcumin tan trong môi trường kiềm và chuyển thành màu đỏ (Goel, Kunnumakkara, & Aggarwal, 2008). Curcumin có khả năng hòa tan trong acetone, 2 do an methanol, ethanol và một số dung môi có độ phân cực thấp khác.
Curcumin có độ hấp thu cực đại ở 425 ± 5 nm. Bên cạnh đó, curcumin cực kì nhạy cảm với ánh sáng, nhiệt độ và theo một số nghiên cứu thì curcumin nên được bảo vệ khỏi ánh sáng mặt trời. Vì khả năng tan trong nước kém ( < 0.125mg/L) (Anand, Kunnumakkara, Newman, & Aggarwal, 2007) nên dẫn đến khả năng hấp thụ trong cơ thể rất thấp và rất dễ bị đào thải ra khỏi cơ thể. Theo một số nghiên cứu trước đây Schiborr và cộng sự đã khảo sát khả năng hấp thu curcumin ở chuột bằng cách cho uống trực tiếp và tiêm qua màng bụng.
Các tác giả nhận thấy rằng khi cho chuột uống dung dịch chứa curcumin (liều lượng 50mg/kg) thì sau 30 phút không phát hiện trong máu, gan và não. Bên cạnh đó, với phương pháp tiêm qua màng bụng (liều lượng 100mg/kg) thì sau khoảng thời gian trên chỉ có 4 – 5mg/kg được phát hiện (Schiborr, Eckert, Rimbach, & Frank, 2010). Một nghiên cứu khác, với liều lượng 100mg/kg curcumin được tiêm vào tĩnh mạnh đuôi của chuột thì sau 20 phút của nồng độ curcumin ở gan, thận, phổi và tim được xác định bằng phương pháp sắc ký lỏng hiệu năng cao (HPLC) lần lượt là 8µg/g, 0.06µg/g, sau 40 phút curcumin chỉ còn lại 0.04µg/g trong gan và sau 100 phút thì không còn phát hiện trong các các cơ quan và máu (Pan, Huang, & Lin, 1999). Nhưng hiện nay các phương pháp mới như vi bao, nano, tạo phức.
đã được nghiên cứu và phát triển để làm tăng hoạt tính sinh học của curcumin (Shehzad & Lee, 2010). Vì thế, hiện nay vi bao curcumin để cải thiện hoạt tính sinh học của curcumin là một trong những chủ đề đang rất được quan tâm. 1: Phân tử curcumin 2. Tổng quan về vi bao 2.
Công nghệ vi bao Vi bao có thể được định nghĩa là một quá trình bao một hợp chất ví dụ (chất có hoạt tính sinh học) bằng một chất hoặc một vài hợp chất khác (màng bao) ở kích thước nhỏ thường 3 do an là micromet hoặc nanomet (Wandrey, Bartkowiak, & Harding, 2010). Hợp chất sử dụng để vi bao thường được gọi là lớp vỏ, màng bao hay vỏ bọc (Nedovic, Kalusevic, Manojlovic, Levic, & Bugarski, 2011). Trong công nghiệp thực phẩm, quá trình vi bao là một quá trình được ứng dụng rộng rãi nhất bởi vì vi bao được sử dụng như một công cụ để cải thiện hoạt tính của một số phân tử sinh học như: chất chống oxi hóa, vitamin, phytosterol, acid béo, lycopene và các tế bào sống ( ví dụ: probiotic) (de Vos, Faas, Spasojevic, & Sikkema, 2010). Hầu hết các trường hợp vi bao trong kỹ thuật thường một phân tử được bao bọc lại và bảo vệ khỏi các tác nhân vật lý, hóa học và điều kiện của môi trường.
Công nghệ vi bao được phát triển cách đây 60 năm được ứng dụng rộng rãi trong ngành dược phẩm (đặc biệt là thuốc và vaccine) ít được ứng dụng trong thực phẩm. Nhưng trong những năm gần đây, xu hướng bổ sung các hợp chất có chức năng vào trong quá trình sản xuất. Nhiều hợp chất sử dụng thường hay nhạy cảm với điều kiện môi trường như là ánh sáng, độ ẩm, oxy, hoặc môi trường dạ dày, do đó quá trình vi bao cải thiện được tính chất của hệ và bảo vệ chúng dưới tác động của những điều kiện trên cũng như là tăng vòng đời của sản phẩm (shelf life). Những nhóm chức năng thường được sử dụng để ổn định được màu sắc, mùi, cấu trúc hoặc là tính chât bảo quản (Lesmes & McClements, 2009).
Nguyên liệu được sử dụng trong quá trình vi bao Phần lớn các nguyên liệu cần được vi bao trong thực phẩm là các hợp chất hữu cơ có hoạt tính sinh học. Tuy nhiên một số nguyên liệu khác cũng cần được bảo vệ tối đa khỏi các tác động của điều kiện môi trường hoặc giữ nguyên được cấu trúc ban đầu trong quá trình chế biến, dưới những ảnh hưởng của các điều kiện khác nhau và không phản ứng với màng bao và có tinh lưu biến tốt. Một trong những loại màng bao được sử dụng rộng rãi nhất là các polysaccharide, tinh bột biến tính và các dẫn xuất của chúng - amyloza, amylopectin, dextrins, maltodextrins, polydextrose, syrups, cellulose. Bên cạnh đó, những hợp chất chiết xuất từ biển như carrageenans và alginate cũng được sử dụng để vi bao.
Ngoài các polysaccharide tự nhiên và nhân tạo thì protein và lipid cũng thích hợp cho việc vi bao. Một ví dụ về protein phổ biến nhất là casein, gelatine, gluten, cũng có khả năng vi bao nhưng chúng thường đóng vai trò là một chất nhũ hóa hơn là màng bao và sau đó kết hợp với màng bao. Bên cạnh đó, lipid thích hợp cho các khả năng ứng dụng để vi bao thực phẩm, đặc biệt là các phospholipid vừa đóng vai trò một màng bao và có thể đóng vai trò là một chất nhũ hóa. Công nghệ được sử dụng trong vi bao Hiện nay thì có rất nhiều công nghệ được sử dụng để vi bao thực phẩm, đa phần các hợp chất vi bao thường ở dạng lỏng và dùng công nghệ để hỗ trợ cho quá trình vi bao.
Có nhiều kỹ thuật sấy khác nhau như: sấy phun khô, sấy phun lạnh, sấy lạnh… được sử dụng trong quá trình vi bao (F. Sấy phun là một trong những phương pháp lâu đời nhất và được sử dụng rộng rãi nhất trong công nghệ vi bao thực phẩm. Do tính linh động, không gián đoạn, nhưng điều quan trong hơn là có thể kiểm soát được chi phí trong quá trình sản xuất.