Luận án Đánh giá hoạt tính sinh học, tính an toàn và khả năng phát triển sản phẩm từ trái dâu hạ châu (baccaurea ramiflora lour.)

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC CẦN THƠ NGUYỄN HỒNG XUÂN ĐÁNH GIÁ HOẠT TÍNH SINH HỌC, TÍNH AN TOÀN VÀ KHẢ NĔNG PHÁT TRIỂN SẢN PHẨM TỪ TRÁI DÂU HẠ CHÂU (Baccaurea ramiflora Lour.) LUẬN ÁN TIẾN SĨ NGÀNH CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM Mã ngành: 9540101 NĔM 2024 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC CẦN THƠ NGUYỄN HỒNG XUÂN MÃ SỐ NCS: P1120005 ĐÁNH GIÁ HOẠT TÍNH SINH HỌC, TÍNH AN TOÀN VÀ KHẢ NĔNG PHÁT TRIỂN SẢN PHẨM TỪ TRÁI DÂU HẠ CHÂU (Baccaurea ramiflora Lour.) LUẬN ÁN TỐT NGHIỆP TIẾN SĨ NGÀNH CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM Mã ngành: 9540101 NGƯỜI HƯỚNG DẪN PGS. TS. NGUYỄN CÔNG HÀ NĔM 2024 i LỜI CẢM ƠN Trong quá trình học và thực hiện luận án tiến sĩ, tôi đã nhận được sự ủng hộ, trợ giúp cũng như các góp ý chân thành từ quý Thầy Cô, quý đồng nghiệp, các bạn học viên, sinh viên, các đơn vị và các tổ chức. Tôi xin trân trọng và chân thành cảm ơn: Ban Giám hiệu Trường Đại học Kỹ thuật - Công nghệ Cần Thơ, Ban Chủ nhiệm Khoa Công nghệ Sinh hóa - Thực phẩm, Phòng Tổ chức - Hành chính, Phòng Quản lý Khoa học và Phòng Tài chính Kế toán Trường Đại học Kỹ thuật - Công nghệ Cần Thơ, đã ủng hộ và tạo mọi điều kiện thuận lợi cho tôi hoàn thành chương trình học. Ủy Ban Nhân dân Thành phố Cần Thơ đã duyệt và cấp học phí cho tôi trong suốt ba nĕm học theo chương trình đào tạo. Tập đoàn Vingroup, Chương trình học bổng thạc sĩ, tiến sĩ trong nước của Quỹ Đổi mới sáng tạo Vingroup (VINIF), Viện Nghiên cứu Dữ liệu lớn đã hỗ trợ và tài trợ học bổng tiến sĩ cho tôi học tập và nghiên cứu với mã số là VINIF.2021.TS.154. Sở Khoa học và Công nghệ, Thành phố Cần Thơ đã hỗ trợ đào tạo nghiên cứu sinh từ dự án “Hoàn thiện quy trình sản xuất và phát triển sản phẩm từ dâu Hạ Châu”. Ban Giám hiệu Đại học Cần Thơ, Ban Giám hiệu Trường Nông Nghiệp, Ban Lãnh đạo Viện Công nghệ Sinh học và Thực phẩm, Bộ môn Công nghệ Thực phẩm, Khoa Khoa học Tự nhiên, Phòng Đào tạo, Khoa Sau đại học và Phòng tài vụ Đại học Cần Thơ đã tạo mọi điều kiện cho tôi thực hiện quá trình học tập và nghiên cứu trong ba nĕm qua. PGS.TS. Nguyễn Công Hà, Bộ môn Công nghệ Thực phẩm, Viện Công nghệ Sinh học và Thực phẩm, Đại học Cần Thơ, người thầy hướng dẫn luôn hết lòng chỉ bảo, truyền đạt kiến thức và kinh nghiệm quý báu giúp tôi hoàn thành luận án. Quý Thầy và Quý Cô Bộ môn Công nghệ Thực phẩm thuộc Viện Công nghệ Sinh học và Thực phẩm; Khoa Khoa học Tự nhiên và Trường Nông Nghiệp; Bộ môn Công nghệ Sinh hóa - Thực phẩm, Trường Đại hoc Kỹ thuật - Công nghệ Cần Thơ đã chân thành góp ý, tận tình giúp đỡ, tạo mọi điều kiện thuận lợi cho tôi học tập, nghiên cứu, trau dồi kiến thức, hoàn thành chương trình học và nghiên cứu. Các bạn học viên và sinh viên Đại học Cần Thơ và Trường Đại hoc Kỹ thuật - Công nghệ Cần Thơ đã đồng hành và hết lòng hỗ trợ trong quá trình các thí nghiệm được tiến hành. Cuối cùng, tôi xin dành lời cảm ơn thân thương đến gia đình và ba mẹ đã luôn bên cạnh, là điểm tựa, ủng hộ và giúp đỡ bằng tất cả lòng yêu thương, cho tôi an tâm phấn đấu vượt qua khó khĕn, thử thách. Xin trân trọng cảm ơn! NCS. Nguyễn Hồng Xuân ii TÓM TẮT Dâu Hạ Châu (Baccaurea ramiflora Lour.) là một loại trái cây đặc sản đặc trưng của huyện Phong Điền, thành phố Cần Thơ đã được Bộ Khoa học và Công nghệ, Cục Sở hữu trí tuệ Việt Nam công nhận nhãn hiệu hàng hóa. Tuy nhiên, trái chín theo mùa và đa số được dùng để ĕn tươi. Hiện nay, việc nghiên cứu chuyên sâu để đánh giá toàn diện về giá trị sử dụng của cả trái dâu là chưa có; cũng như sản phẩm từ trái dâu vẫn chưa có sự xuất hiện trên thị trường. Để góp phần giải quyết vấn đề này, luận án được thực hiện với các mục tiêu (i) Đánh giá thời điểm thu hoạch, hoạt tính sinh học, tính an toàn và khả nĕng tồn trữ dâu Hạ Châu; (ii) Ứng dụng kỹ thuật chân không chế biến syrup dâu Hạ Châu; (iii) Nghiên cứu chế biến nước ép dâu Hạ Châu; (iv) Khảo sát thị hiếu và sự chấp nhận của người tiêu dùng. Luận án tiến hành những thí nghiệm in vivo trên mô hình chuột nhắt trắng để đánh giá tính an toàn của trái dâu; đồng thời thực hiện những phương pháp thường quy và hiện đại ở mức độ in vitro trong việc thu thập mẫu, xử lý mẫu, phân tích các chỉ tiêu lý - hóa học, đánh giá khả nĕng kháng khuẩn, ức chế enzyme, khả nĕng chống oxy hóa của nguyên liệu dâu và các sản phẩm từ trái dâu; áp dụng kỹ thuật chân không trong chế biến sản phẩm; đánh giá mức độ chấp nhận của người tiêu dùng đối với các sản phẩm từ trái dâu. Kết quả của nghiên cứu đã ghi nhận được trái dâu chín (ngày 130 tính từ lúc cây đậu trái) có màu vàng nhạt; có chứa polypheol, vitamin C và khả nĕng chống oxy hóa. Việc tồn trữ dâu kéo dài đến 20 ngày ở điều kiện môi trường (30±2oC), 30 ngày ở (4±2oC) và trên 6 tháng ở điều kiện lạnh đông (-20±2oC). Cao chiết từ vỏ, thịt quả và hạt dâu có khả nĕng ức chế vi khuẩn (Staphylococcus aureus, Propionibacterium acnes, Escherichia coli và Bacillus cereus); có khả nĕng ức chế enzyme α-amylase và α- glucosidase (có liên quan đến bệnh đái tháo đường type 2). Thí nghiệm in vivo trên chuột cho thấy các thành phần của trái dâu không gây độc tính cấp ở liều 5000 mg/kg; không gây độc trong 90 ngày sử dụng liên tục liều 400 mg/kg. Thịt quả dâu có độ ẩm cao (81,73%), độ Brix 17,5 (oBrix) cùng độ acid 9,05 (g/L) tạo nên vị chua ngọt hài hòa thích hợp cho việc chế biến các sản phẩm thực phẩm như nước giải khát. Quá trình nghiên cứu khảo sát đã chọn nước ép dâu Hạ Châu và syrup dâu Hạ Châu để tiến hành các thi nghiệm tìm điều kiện tối ưu cho quy trình chế biến. Cả hai sản phẩm đều trải qua quá trình xử lý nguyên liệu vừa hạn chế hiện tượng hóa nâu, nâng cao hiệu suất trích dịch ép, phối chế các tỷ lệ thành phần, xử lý nhiệt; vừa đảm bảo cho sản phẩm duy trì được các hợp chất chức nĕng, khả nĕng chống oxy hóa, đồng thời an toàn vệ sinh thực phẩm sau 6 tháng trữ mát (10±2oC) và 5 tháng ở nhiệt độ thường (30±2oC). Nguyên liệu trái dâu chín sau thu hái được rửa sạch, bỏ vỏ, chần ở 90oC trong 90 giây, chà vỡ cấu trúc múi dâu, chỉnh pH môi trường (4,5), bổ sung 0,07% (v/w) enzyme pectinase và ủ 60 phút ở 50oC. Sau quá trình ủ, dịch quả được sử dụng để phối chế theo từng loại sản phẩm. Đối với nước ép dâu, dịch quả được pha trộn với nước theo tỷ lệ (2:3); đường (để dung dịch đạt Brix là 14); citric acid (0,3%); ascorbic acid (0,3%); rót nóng vào chai, ghép nắp, thanh trùng đến nhiệt độ tâm của sản phẩm đạt 90oC trong 90 giây. Đối với iii syrup dâu, dịch quả được bổ sung đường đến Brix 35; 0,3% citric acid; 0,35% ascorbic acid và tiến hành cô đặc. Kỹ thuật chân không được áp dụng trong quá trình cô đặc với độ chân không là 650 mmHg trong 60 phút giúp sản phẩm sau cô đặc có độ Brix trên 60 và duy trì tốt hàm lượng polyphenol, vitamin C và khả nĕng chống oxy hóa. Syrup dâu sau cô đặc được rót chai và thanh trùng đến nhiệt độ tâm của sản phẩm đạt 85oC trong 2 phút. Kết quả khảo sát thị hiếu của người tiêu dùng gồm 411 người nam (49%) và nữ (51%) ở bốn nhóm độ tuổi (18-25, 26-35, 36-50 và trên 50) trong tình trạng đi học (60%) và đi làm (40%) đều cho thấy sự yêu thích đối với hai sản phẩm này; trong đó có trên 40% là yêu thích cực độ. Ngoài ra, giá bán, chất lượng, thương hiệu, mẫu mã và khuyến mãi cũng được người tiêu dùng quan tâm. Mục đích và cĕn cứ để chọn mua sản phẩm qua khảo sát thể hiện sự khác nhau giữa các đối tượng. Kết quả thu được của luận án đáp ứng được tính khoa học và tính ứng dụng trong thực tiễn cùng tiềm nĕng thương mại hóa cho sản phẩm nước ép và syrup dâu Hạ Châu. Từ khóa: cô đặc, chân không, dâu Hạ Châu (Baccaurea ramiflora Lour.), polyphenol, syrup, vitamin iv ABSTRACT Dau Ha Chau (Baccaurea ramiflora Lour.) is a typical specialty fruit of Phong Dien district, Can Tho city that has been recognized as a trademark by the Ministry of Science and Technology and the National Office of Intellectual Property of Vietnam. However, the fruit ripens seasonally and is mostly eaten fresh. Currently, there is no in- depth research to comprehensively evaluate the use value of the whole dau; and dau products have not yet penetrated the market. To contribute to ameliorating the situation, the thesis was carried out with the objectives (i) Examining the influence of harvest time, biological activity, safety and storage capacity of dau Ha Chau; (ii) Application of vacuum technique in syrup dau Ha Chau processing (iii) Research on dau Ha Chau juice processing; (iv) Survey of consumer tastes and acceptance of dau Ha Chau products. The thesis conducts in vivo experiments on a white mouse model to evaluate the safety of dau fruit; and at the same time implement routine and modern methods at in vitro level in sample collection, sample processing, analysis of physical - chemical indicators, assessment of antibacterial ability, enzyme inhibition, anti-oxidation ability of dau raw materials and dau products; applying vacuum technique in product processing; assessing the level of consumer acceptance for dau products; meeting scientific rigour and expertise; and practical application. The results of the study showed that ripe dau fruit (fruit at day 130 from the commencement of fruit bearing) had a light yellow color with polypheol, vitamin C and anti-oxidation ability. Dau fruit can be stored for up to 20 days at ambient conditions (30±2oC), 30 days at (4±2oC) and over 6 months in frozen conditions (-20±2oC). Extracts from dau, fruit pulp and seeds have the ability to inhibit bacteria (Staphylococcus aureus, Propionibacterium acnes, Escherichia coli and Bacillus cereus) and the ability to inhibit the enzymes α-amylase and α-glucosidase (associated with type 2 diabetes). In vivo experiments on rats showed that components of dau fruit did not cause acute toxicity at a dose of 5000 mg/kg; no toxicity was recored during 90 days of continuous dosing of 400 mg/kg. Dau pulp has high moisture (81.73%), 17.5oBx and a 9.05 g/L acidity, creating a harmonious sweet and sour taste suitable for processing food products such as fruit juice. The research experiements were conducted on dau Ha Chau juice and dau Ha Chau syrup to find optimal conditions for the processing procedures. Both products have undergone a material treatment process to limit browning, improve the efficiency of extracting juices, mixing ingredients ratios, and heat treatment; while ensuring the product maintains functional compounds, anti-oxidation ability, and food safety and hygiene after 6 months of cool storage (10±2oC) and 5 months at normal temperature (30±2oC). Raw materials of ripe dau after harvesting were washed, peeled, blanched at 90oC for 90 seconds; their the dau pulp structure was scrubbed, the pH of the medium (4.5) adjusted, 0.07% (v/w) of pectinase enzyme added and incubated for 60 min at 50oC. After incubation, the juice was used to mix according to the type of product. For dau Ha Chau juice, the juice was mixed with water in the ratio (2:3); sugar v (14oBx); 0.3% citric acid; 0.3% ascorbic acid; poured hot into the bottle, the cap was closed, pasteurization at 90oC for 90 seconds. For dau Ha Chau syrup, the juice was added sugar to 35oBx; 0.3% citric acid; 0.35% ascorbic acid and concentrate. Vacuum technique was applied during the concentration process with a vacuum of 650 mmHg for 60 minutes to help the product after concentration have Brix degrees above 60 and maintain good polyphenol content, vitamin C and antioxidant capacity. The concentrated dau syrup was bottled and pasteurized at 85oC for 2 minutes. The results of a survey of consumer tastes with a population of 411 men (49%) and women (51%) in four age groups (18-25, 26-35, 36-50 and over 50) in school (60%) and work (40%) showed their liking for both products; of which over 40% were very pleased. Besides, consumers were also interested in the selling price, quality, brand, design and promotion. According to the survey, the attained findings of the thesis align with both the scientific depth and the practical applicability of dau Ha Chau, further bolstering the commercial potential of dau Ha Chau juice and syrup. Keywords: concentration, dau Ha Chau (Baccaurea ramiflora Lour.), polyphenol, syrup, vacuum, vitamin LOI CAM DOAN T6i xin cam doan c6c ktit qui nghiCn ciru cira lufln 6n ld c6ng trinh md t6i tl6 thqc hiQn mQt cfch nghiOm tfc, trung thgc vd kh6ng c6 sg trung lEp v6i c5c nghiOn cfu kh6c dd dugc cdng b6. Th6ng tin ducvc sri dtmg trich d6n trong lu6n rin c6 ngu6n g6c rd rdng, tl6ng tin cdy, dd ducr. c c6ng b6 rQng r6i. Cdn Tho, ngdy$thdng 05 ndm 2024 Nguoi thlrc hiQn PGS.TS. Nguy6n C6ng Hd NguySn H6ng XuAn Ngudi hucmg d6n v1 vii MỤC LỤC LỜI CẢM ƠN.................................................................................................................i TÓM TẮT..ii ABSTRACT..........iv LỜI CAM ĐOAN.....vi DANH SÁCH BẢNG.....x DANH SÁCH HÌNH..xiii DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT....xvii CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU.. 1 1.1 Đặt vấn đề ......................................................................................................... 1 1.2 Mục tiêu nghiên cứu ......................................................................................... 2 1.3 Nội dung nghiên cứu ......................................................................................... 2 1.4 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu ..................................................................... 3 1.5 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của luận án ........................................................ 3 1.5.1 Ý nghĩa khoa học .............................................................................................. 3 1.5.2 Ý nghĩa thực tiễn ............................................................................................... 3 1.6 Điểm mới của luận án ....................................................................................... 3 CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN TÀI LIỆU. 5 2.1 Tổng quan về nguyên liệu dâu........................................................................... 5 2.1.1 Giới thiệu chung ................................................................................................ 5 2.1.2 Đặc điểm phát triển và phẩm chất của trái dâu Hạ Châu (DHC) ........................ 6 2.2 Các chất có hoạt tính sinh học trong trái dâu ..................................................... 7 2.2.1 Polyphenols....................................................................................................... 7 2.2.2 Flavonoids ........................................................................................................ 9 2.2.3 Ascorbic acid ................................................................................................... 11 2.3 Gốc tự do và chất chống oxy hóa .................................................................... 13 2.3.1 Gốc tự do và sự oxy hóa .................................................................................. 13 2.3.2 Chất chống oxy hóa ......................................................................................... 14 2.4 Ảnh hưởng của quá trình xử lý nhiệt đến trái cây và sản phẩm nước trái cây .. 19 2.4.1 Động học của quá trình tiêu diệt vi sinh vật bằng nhiệt.................................... 19 2.4.2 Các ứng dụng của quá trình xử lý nhiệt ........................................................... 21 2.4.3 Các biến đổi thuộc tính chất lượng sản phẩm nước trái cây qua quá trình xử lý nhiệt ................................................................................................................ 25 2.5 Tình hình nghiên cứu trong và ngoài nước ...................................................... 29 2.5.1 Tình hình nghiên cứu trong nước .................................................................... 29 viii 2.5.2 Tình hình nghiên cứu ngoài nước .................................................................... 30 CHƯƠNG 3: PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU.. 32 3.1 Phương tiện nghiên cứu .................................................................................. 32 3.1.1 Địa điểm, thời gian .......................................................................................... 32 3.1.2 Thiết bị và dụng cụ .......................................................................................... 32 3.1.3 Hóa chất .......................................................................................................... 32 3.2 Phương pháp nghiên cứu ................................................................................. 33 3.2.1 Phương pháp phân tích và đo đạc các chỉ tiêu ................................................. 33 3.2.2 Phương pháp xử lý số liệu ............................................................................... 34 3.3 Nội dung nghiên cứu ....................................................................................... 35 3.3.1 Sơ đồ bố trí thí nghiệm tổng quát .................................................................... 35 3.3.2 Nội dung 1: Đánh giá thời điểm thu hoạch, hoạt tính sinh học, tính an toàn và khả nĕng tồn trữ trái dâu Hạ Châu (DHC) .............................................................. 35 3.3.3 Nội dung 2: Ứng dụng kỹ thuật chân không chế biến syrup dâu Hạ Châu ....... 41 3.3.4 Nội dung 3: Nghiên cứu chế biến nước ép DHC .............................................. 45 3.3.5 Nội dung 4: Khảo sát thị hiếu và sự chấp nhận sản phẩm của người tiêu dùng 47 CHƯƠNG 4: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN. 49 4.1 Đánh giá thời điểm thu hoạch, hoạt tính sinh học, tính an toàn và khả nĕng tồn trữ trái dâu Hạ Châu (DHC) ....................................................................................... 49 4.1.1 Ảnh hưởng của thời điểm thu hoạch đến màu sắc và đặc tính hóa học ............. 49 4.1.2 Hoạt tính sinh học của trái DHC ...................................................................... 54 4.1.3 Khả nĕng tồn trữ dâu tươi sau thu hoạch ......................................................... 57 4.1.4 Tính an toàn của các thành phần trái DHC ...................................................... 60 4.2 Ứng dụng kỹ thuật chân không chế biến syrup dâu Hạ Châu ........................... 74 4.2.1 Ảnh hưởng của nhiệt độ và thời gian chần đến hiệu suất thu hồi và giá trị dinh dưỡng của nước ép dâu ................................................................................... 74 4.2.2 Khảo sát ảnh hưởng của quá trình thủy phân đến hiệu suất thu hồi và giá trị dinh dưỡng của dịch ép dâu .................................................................................... 77 4.2.3 Khảo sát ảnh hưởng của chế độ chân không và nồng độ chất khô hòa tan của dịch dâu trước cô đặc (oBrix) đến chất lượng của sản phẩm syrup dâu ................... 85 4.2.4 Khảo sát ảnh hưởng của nồng độ citric acid và ascorbic acid phối chế đến chất lượng của sản phẩm syrup DHC ...................................................................... 96 4.2.5 Khảo sát ảnh hưởng của nhiệt độ và thời gian thanh trùng đến chất lượng của sản phẩm ............................................................................................................... 96 4.2.6 Khả nĕng bảo quản sản phẩm syrup dâu .......................................................... 99 4.3 Nghiên cứu chế biến nước ép DHC ............................................................... 102 ix 4.3.1 Ảnh hưởng của tỷ lệ phối chế đến giá trị cảm quan nước ép dâu giải khát ..... 102 4.3.2 Ảnh hưởng của nhiệt độ và thời gian thanh trùng đến chất lượng của sản phẩm nước ép dâu giải khát .................................................................................... 104 4.3.3 Đánh giá ảnh hưởng của nguyên liệu được xử lý đến chất lượng của sản phẩm nước ép dâu giải khát ...................................