Khóa luận trích ly EAE dịch trích lá sung bảo quản tôm thẻ chân trắng ĐH Sư phạm Kỹ thuật TP.HCM

Nghiên cứu quá trình trích ly hỗ trợ enzyme EAE từ lá sung Ficus racemosa và đánh giá hiệu quả chống oxy hóa trong bảo quản tôm thẻ chân trắng.

• Tác giả: Đinh Nhật Hào
• Người hướng dẫn: PGS. Phan Thị Anh Đào
• Trường học: Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Thành phố Hồ Chí Minh
• Chuyên ngành: Công nghệ Kỹ thuật Hóa học
• Đề tài: Khảo sát quá trình trích ly hỗ trợ enzyme (EAE) và xây dựng tiêu chí sử dụng dịch trích lá sung (Ficus racemosa) trong bảo quản tôm thẻ chân trắng
• Loại tài liệu: Khóa luận tốt nghiệp
• Năm xuất bản: 2025
• Địa điểm: Hồ Chí Minh

Tóm tắt

I. Tổng quan về trích ly enzyme EAE lá sung bảo quản tôm thẻ

Đồ án tốt nghiệp ngành Công nghệ Kỹ thuật Hóa học tại Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP.HCM khảo sát kỹ thuật trích ly hỗ trợ enzyme (EAE) từ lá sung (Ficus racemosa). Đề tài do sinh viên Đinh Nhật Hào thực hiện dưới sự hướng dẫn của PGS. Phan Thị Anh Đào vào tháng 8/2025. Nghiên cứu tập trung khai thác nguồn dược liệu tự nhiên phong phú để phục vụ công nghệ sau thu hoạch thủy sản. Lá sung chứa nguồn hoạt chất sinh học dồi dào, bao gồm polyphenol, flavonoid và các hợp chất khử mạnh. Phương pháp EAE sử dụng enzyme Cellulase nhằm phá vỡ cấu trúc cellulose của vách tế bào thực vật. Quá trình này giải phóng tối đa các hợp chất chống oxy hóa tự nhiên vào dung môi trích ly. Dịch trích thu được sở hữu hoạt tính sinh học vượt trội so với phương pháp ngấm kiệt truyền thống. Sản phẩm này định hướng ứng dụng trực tiếp trong quy trình bảo quản tôm thẻ chân trắng. Tôm thẻ sau thu hoạch rất nhạy cảm với phản ứng biến màu và oxy hóa lipid. Giải pháp chiết xuất xanh này mở ra hướng đi bền vững, nâng cao giá trị chuỗi cung ứng thủy sản Việt Nam.

1.1. Bối cảnh nghiên cứu trích ly tại ĐH Sư phạm Kỹ thuật TP.HCM

Đề tài xuất phát từ nhu cầu thay thế chất bảo quản tổng hợp bằng chất chống oxy hóa sinh học tự nhiên. Ngành thủy sản đối mặt với áp lực lớn về tiêu chuẩn an toàn thực phẩm xuất khẩu. Nhóm tác giả tại ĐH Sư phạm Kỹ thuật TP.HCM đã chọn lá sung làm đối tượng khảo sát chính. Lá sung là phụ phẩm nông nghiệp phổ biến, chi phí rẻ và sẵn có quanh năm. Nghiên cứu thực hiện quy trình chuẩn hóa từ khâu tiền xử lý, kiểm soát độ ẩm đến chiết xuất hoạt chất. Kỹ thuật EAE được đánh giá là công nghệ xanh phù hợp với định hướng phát triển bền vững hiện nay. Kết quả tạo cơ sở khoa học tin cậy cho ứng dụng thực tiễn.

1.2. Mục tiêu khai thác dược liệu Ficus racemosa trong thủy sản

Mục tiêu trung tâm của đồ án là làm chủ công nghệ trích ly hỗ trợ enzyme để thu nhận hoạt chất tinh khiết. Lá sung chứa nhóm polyphenol và flavonoid có khả năng khử mạnh gốc tự do. Nghiên cứu xác lập các thông số động học tối ưu cho enzyme Cellulase nhằm tối đa hóa hiệu suất chiết. Tiếp theo, đề tài xây dựng bộ tiêu chí bảo quản tôm thẻ chân trắng ở nhiệt độ mát. Thí nghiệm đánh giá toàn diện khả năng ức chế sinh melanin, hạn chế chỉ số TBARS và ức chế sinh tổng hợp bazơ bay hơi. Định hướng cuối cùng là hoàn thiện quy trình bảo quản lạnh sinh học với chi phí thấp và an toàn sức khỏe.

II. Phân tích trích ly enzyme EAE lá sung bảo quản tôm thẻ tươi

Tôm thẻ chân trắng (Litopenaeus vannamei) suy giảm chất lượng rất nhanh sau khi thu hoạch. Hiện tượng hóa đen (melanosis) xuất hiện do enzyme polyphenoloxidase (PPO) xúc tác oxy hóa các hợp chất phenolic thành melanin. Quá trình này không gây độc nhưng làm giảm sút nghiêm trọng giá trị cảm quan thương phẩm. Song song đó, lipid và protein trong cơ thịt tôm bị oxy hóa nhanh chóng bởi vi sinh vật và gốc tự do. Sự phân hủy tạo ra aldehyde, ketone, hydro sulfide và amine bay hơi độc hại. Chỉ số tổng bazơ nitơ bay hơi (TVB-N) vượt ngưỡng 40 mg N/100g thịt tôm là dấu hiệu hỏng hoàn toàn. Phương pháp truyền thống thường dùng phụ gia hóa học gốc sulfite để ngăn biến màu. Tuy nhiên, tồn dư sulfite tiềm ẩn nguy cơ dị ứng nghiêm trọng và bị kiểm soát khắt khe tại thị trường xuất khẩu. Do đó, bài toán đặt ra là tìm kiếm chất ức chế tự nhiên có hoạt tính kháng oxy hóa vượt trội. Dịch trích thông thường bằng nước hoặc cồn từ thực vật thường có nồng độ hoạt chất thấp, hiệu suất kém. Kỹ thuật trích ly cổ điển chưa đủ sức phá vỡ màng tế bào dày của lá sung.

2.1. Cơ chế hình thành đốm đen và biến đổi ươn hỏng ở tôm thẻ

Hiện tượng sẫm màu ở tôm thẻ khởi phát ngay sau khi chết do phản ứng oxy hóa tyrosine dưới xúc tác của PPO. Quá trình tạo sắc tố đen không chỉ đổi màu vỏ mà còn lan nhanh vào phần thịt đầu và thân. Đồng thời, quá trình oxy hóa lipid sinh ra các hợp chất thứ cấp đo bằng chỉ số TBARS. Lipid ôi thiu kết hợp vi sinh vật phân hủy protein tạo thành TVB-N với mùi khai nồng đặc trưng. Phân tích cảm quan khứu giác giúp nhận biết giai đoạn đầu ươn hỏng nhưng thiếu độ chính xác định lượng. Việc kiểm soát đồng thời hiện tượng melanosis và ức chế chỉ số TBARS, TVB-N là điều kiện tiên quyết để bảo tồn chất lượng thủy sản.

2.2. Hạn chế của trích ly ngấm kiệt và phụ gia bảo quản hóa học

Phương pháp ngấm kiệt cổ điển tồn tại nhiều nhược điểm lớn. Thời gian ngâm kéo dài khiến các polyphenol nhạy cảm dễ bị nhiệt độ và ánh sáng phân hủy. Dung môi hữu cơ độc hại khó thu hồi và gây ô nhiễm môi trường. Thành tế bào thực vật Ficus racemosa chứa lớp màng cellulose bền vững, cản trở dung môi tiếp cận hoạt chất bên trong. Hơn nữa, việc sử dụng metabisulfite công nghiệp trong bảo quản tôm đối mặt với lệnh cấm khắt khe. Phụ gia hóa học gây kích ứng hô hấp cho người tiêu dùng và làm xơ xác thịt tôm. Những rào cản này thúc đẩy yêu cầu cấp thiết về công nghệ trích ly hỗ trợ enzyme Cellulase thân thiện môi trường.

III. Phương pháp trích ly enzyme EAE lá sung bảo quản tôm thẻ tối ưu

Đề tài tại ĐH Sư phạm Kỹ thuật TP.HCM thiết lập quy trình trích ly hỗ trợ enzyme (EAE) tối ưu với enzyme Cellulase. Các thông số vận hành được khảo sát nghiêm ngặt: giá trị pH dung dịch đạt 4,50, nhiệt độ trích ly 50 ℃, tỷ lệ nguyên liệu trên dung môi là 1/20 g/mL, hoạt độ enzyme 37,5 IU trong thời gian xử lý 45 phút. Điều kiện này giúp Cellulase thủy phân chọn lọc liên kết beta-1,4-glucosidic mà không phá vỡ cấu trúc hóa học của các phân tử polyphenol. Kết quả thu được hàm lượng polyphenol tổng (TPC) đạt 117,83 mg GAE/g DW và flavonoid tổng (TFC) đạt 92,09 mg CE/g DW. Hoạt tính chống oxy hóa in vitro tăng hơn 2 lần so với các công bố trước đây. Nồng độ ức chế 50% gốc tự do DPPH (IC50) đạt mức rất thấp là 9,193 ± 0,088 μg/mL. Khả năng khử sắt PFRAP tạo tối đa 9,00 mg Fe2+ trên mỗi mL dịch trích (EC50 đạt 98,20 μg/mL). Tổng hàm lượng chất khử RSC xác định qua phản ứng DNSA vượt 17500 μg GE/mL, cao hơn cả catechin đối chứng ở cùng nồng độ.

3.1. Thiết lập thông số công nghệ trích ly Cellulase tối ưu

Quá trình trích ly phụ thuộc chặt chẽ vào các thông số động học enzyme. Giá trị pH 4,50 tạo môi trường tối ưu cho tâm hoạt động của Cellulase. Mức nhiệt độ 50 ℃ gia tăng tốc độ khuếch tán phân tử nhưng bảo toàn độ bền nhiệt của polyphenol. Tỷ lệ rắn lỏng 1/20 tạo gradient nồng độ thích hợp để chuyển khối. Với hoạt độ 37,5 IU và chu gian 45 phút, enzyme cắt đứt liên kết thành tế bào mà không gây thoái hóa chất chiết. Hệ thống thiết bị tại phòng thí nghiệm hỗ trợ kiểm soát chính xác tốc độ lắc, nhiệt độ và độ ẩm nguyên liệu. Điều này đảm bảo độ lặp lại và hiệu suất thu hồi tối đa.

3.2. Đánh giá hoạt tính kháng oxy hóa DPPH PFRAP và hàm lượng RSC

Hoạt tính sinh học của dịch trích lá sung EAE vượt trội so với dịch trích thường. Thử nghiệm DPPH xác nhận khả năng dập tắt gốc tự do ấn tượng với IC50 đạt 9,193 μg/mL. Thử nghiệm khử sắt PFRAP minh chứng năng lực khử mạnh mẽ của các hợp chất phenolic, đạt mức 9,00 mg Fe2+/mL. Đáng chú ý nhất là hàm lượng chất khử RSC định lượng theo phương pháp Miller vượt mốc 17500 μg GE/mL. Hoạt tính khử nhóm thế nitro DNSA của dịch trích thậm chí mạnh hơn catechin chuẩn ở liều 1000 μg/mL. Sự hiện diện đồng thời của polyphenol, flavonoid và chất khử tạo thành hàng rào bảo vệ vững chắc chống lại các tác nhân oxy hóa.

IV. Hiệu quả trích ly enzyme EAE lá sung bảo quản tôm thẻ thực tế

Nghiên cứu tại ĐH Sư phạm Kỹ thuật TP.HCM mở ra giải pháp công nghệ ứng dụng dịch trích lá sung EAE trong bảo quản tôm thẻ chân trắng. Độ ổn định bảo quản dịch trích là yếu tố quyết định tính khả thi công nghiệp. Khi lưu trữ ở 4 ℃ trong 6 tháng, hàm lượng TPC chỉ giảm 5%, TFC giảm 15% và hoạt tính DPPH duy trì trên 60%. Đặc biệt, thành phần chất khử RSC gia tăng đến 100% sau 6 tháng lưu trữ nhờ phản ứng biến đổi tích cực. Khi ứng dụng ngâm xử lý tôm thẻ, dịch trích ức chế mạnh mẽ enzyme PPO, ngăn chặn triệt để hiện tượng biến đen vỏ đầu và thân (% melanosis và delta E giảm sâu). Hoạt chất phenolic ngăn chặn quá trình peroxy hóa lipid, duy trì chỉ số TBARS ở mức thấp an toàn. Tốc độ sinh tổng hợp TVB-N chậm lại rõ rệt, giữ giá trị luôn dưới ngưỡng hư hỏng 40 mg N/100g thịt tôm. Tôm giữ trọn độ săn chắc cơ thịt, độ tươi sáng tự nhiên và mùi thơm ban đầu suốt quá trình trữ lạnh.

4.1. Độ ổn định sinh hóa dịch trích lá sung trong 6 tháng bảo quản

Khả năng lưu trữ của dịch trích EAE lá sung được kiểm chứng qua 6 tháng thử nghiệm. Ở nhiệt độ 4 ℃, dịch trích duy trì độ ổn định hóa lý vượt trội. Tổng hàm lượng polyphenol (TPC) chỉ hao hụt 5%, trong khi flavonoid (TFC) giảm nhẹ 15%. Hoạt tính quét gốc tự do DPPH bảo tồn hơn 60% hiệu năng ban đầu. Trái lại, việc bảo quản tại nhiệt độ phòng khiến polyphenol và flavonoid suy giảm nhanh theo mô hình động học bậc 2 trong 14 ngày. Đáng chú ý, nồng độ chất khử RSC tăng dần và đạt mức 100% sau nửa năm. Môi trường nhiệt độ thấp là điều kiện lý tưởng để duy trì chất lượng dịch trích.

4.2. Tiêu chí và triển vọng áp dụng bảo quản tôm thẻ thương mại

Đề tài đã xác lập bộ tiêu chí kỹ thuật thực tiễn khi sử dụng dịch trích cho tôm thẻ. Quy trình xử lý kiểm soát hữu hiệu tỷ lệ tạo đốm đen (% melanosis) và độ biến màu tổng thể delta E. Các chỉ số oxy hóa lipid TBARS và bazơ bay hơi TVB-N được khống chế ở mức tươi nguyên tiêu chuẩn. Đánh giá cảm quan khứu giác và thị giác cho thấy tôm duy trì chất lượng vượt trội so với mẫu đối chứng không xử lý. Giải pháp trích ly EAE từ lá sung giải quyết triệt để nguy cơ độc hại từ hóa chất bảo quản sulfite. Đây là tiền đề vững chắc để phát triển chế phẩm sinh học quy mô công nghiệp tại Việt Nam.

Trích đoạn nội dung tài liệu

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 1.1 Tổng quan về tôm thẻ chân trắng (Litopenaeus vannamei) 1.1 Giới thiệu về tôm thẻ chân trắng Tôm thẻ chân trắng (tên khoa học là Litopenaeus vannamei) là sinh vật giáp xác có mặt trên hầu hết các quốc gia trên thế giới. Tôm thẻ chân trắng Thái Bình Dương có hàm lượng protein cao và là nguồn thực phẩm phổ biến đối với người tiêu dùng [12]. Đây là giống tôm có khả năng kháng bệnh tốt, có thể nuôi trong môi trường dinh dưỡng thấp và thu hoạch trong chu kỳ ngắn từ 90–100 ngày/chu kỳ [13]. Vì thế, tôm thẻ chân trắng được nuôi rộng rãi ở các nước Châu Á, Bắc Mỹ, Nam Mỹ trong đó có Việt Nam [13].

Tôm thẻ chân trắng là thực phẩm được sử dụng rộng rãi trên thế giới với hơn 70% sản lượng tôm (2018) [12]. Theo nghiên cứu tại Đồng bằng sông Cửu Long có hơn 93% hoạt động nuôi tôm và loài tôm thẻ chân trắng được thương mại trong nước và xuất khẩu [1]. Tôm thẻ chân trắng là loài được nuôi phổ biến ở Đồng bằng sông Cửu Long. Đây là nguồn hải sản được tiêu thụ nhiều và xuất khẩu sang thị trường quốc tế.

Đến năm 2000, bệnh ở tôm gây thiệt hại nghiệm trọng đối với các nhà cung cấp [1]. 1: Tôm thẻ chân trắng (Litopenaeus vannamei) Phân loại tôm thẻ chân trắng (Boone, 1931) được ghi nhận theo Bảng 1. 1: Phân loại tôm thẻ chân trắng Giới Animalia Họ Penaeoidea Ngành Animalia Chi Litopenaeus Lớp Malacostraca Loài Litopenaeus vannamei Bộ Decapoda Tên khoa học Litopenaeus vannamei 1.2 Melanosis ở tôm thẻ chân trắng 1.1 Melanosis và quá trình hình thành melanosis ở tôm thẻ chân trắng Bệnh hắc tố hay melanosis ở tôm thẻ nói đến sự gia tăng các đốm đen trong quá trình bảo quản (Hình 1. Hắc tố ở tôm được hình thành bởi tác động của enzyme polyphenol oxidase hay tyrosinase (PPO) [14].

Ngay cả khi tôm chết thì proPPO được hoạt hóa thành PPO càng mạnh [12]. Polyphenol oxidase là enzyme có khả năng xúc tác 𝜊-hydroxyl hóa các monophenol tạo thành 𝜊-diphenols và tiếp tục oxy hóa tạo thành các quinone (diphenoloxidase). Các phản ứng trùng hợp tạo thành hệ sắc tố melanin [15]. 2: Hắc tố ở tôm thẻ chân trắng trong quá trình bảo quản Phản ứng hình thành quinone có tốc độ độ hơn hình thành monophenol oxidase.

Các 𝜊-diphenol phản ứng chuyển đổi dạng PPO theo phản ứng deoxy. Quá trình trùng hợp tác nhân protein hoặc amino acid diễn ra tiếp tục và tạo thành hắc tố. Bên cạnh đó, các sản phẩm cũng có thể tự trùng hợp hình thành dạng melanoid theo tác giả Stoh (1999) [16]. Quá trình melanin hóa từ tyrosine được mô tả theo Hình 1.

2 O O2 O O2 O HO O O- O- O- NH3+ PPO NH3+ PPO NH3 + HO HO O L-Dopa o-Dopaquione-H+ L-Tyrosine H+ O O O- NH2 O o-Dopaquinone O O HO O Melanins HO N O- N O- H HO + H Dopachrome Leukodopachrome Hình 1. 3: Quy trình hình thành melanins từ tyrosine 1.2 Hoạt động ức chế hình thành melanosis ở tôm thẻ chân trắng Hắc tố ở tôm thẻ là 1 vấn đề quan trọng và xuất hiện ở hầu hết tôm thẻ trong quá trình bảo quản. Để hạn chế quá trình hình thành hắc tố cần phải hạn chế hoạt động của PPO. Enzyme PPO từ phần đầu tôm được ghi nhận hoạt động tối ưu ở nhiệt độ 50 ℃ và pH 6,0.

Nhìn chung, mức độ hoạt động của polyphenol oxidase (PPO) tương đối tối ở môi trường trung tính đến kiềm yếu (5,5–9,0) [15]. Như vậy, cấu trúc protein bị biến tính và có thể dẫn đến bất hoạt enzyme PPO tại nhiệt độ lớn hơn 90 ℃. Bên cạnh đó, enzyme nằm ngoài điều kiện tối ưu thì PPO có thể giảm mức độ hoạt động.