Nghiên cứu xây dựng quy trình sản xuất cao chiết hành đen từ hành tím (Allium ascalonicum L.) giàu hoạt tính sinh học: Luận văn thạc sĩ :Chuyên ngành: Công nghệ thực phẩm

BỘ CÔNG THƯƠNG

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

BÙI THỊ TRANG

NGHIÊN CỨU XÂY DỰNG QUY TRÌNH

SẢN XUẤT CAO CHIẾT HÀNH ĐEN TỪ

HÀNH TÍM (Allium ascalonicum L.)

GIÀU HOẠT TÍNH SINH HỌC

Ngành: CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM

Mã ngành: 8540101

LUẬN VĂN THẠC SĨ

THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH, NĂM 2022

Công trình được hoàn thành tại Trường Đại học Công nghiệp TP. Hồ Chí Minh.

Người hướng dẫn khoa học: 1. GS.TS. Trần Đình Thắng

2. TS. Đỗ Hữu Nghị

Luận văn thạc sĩ được bảo vệ tại Hội đồng chấm bảo vệ Luận văn thạc sĩ Trường Đại

học Công nghiệp thành phố Hồ Chí Minh ngày 28 tháng 08 năm 2022

Thành phần Hội đồng đánh giá luận văn thạc sĩ gồm:

1. GS. TS. Lê Văn Tán........................................- Chủ tịch Hội đồng

2. TS. Nguyễn Bá Thanh.....................................- Phản biện 1

3. PGS. TS Phạm Văn Hùng ...............................- Phản biện 2

4. PGS. TS Lại Quốc Đạt....................................- Ủy viên

5. TS. Nguyễn Đức Vượng .................................- Thư ký

CHỦ TỊCH HỘI ĐỒNG VIỆN TRƯỞNG VIỆN CNSH & TP

NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ

Họ tên học viên: BÙI THỊ TRANG.............................. MSHV: 19630371

Ngày, tháng, năm sinh: 23/10/1997 .............................. Nơi sinh: Quảng Ngãi

Chuyên ngành: Công nghệ thực phẩm.......................... Mã chuyên ngành: 8540101

I. TÊN ĐỀ TÀI:

Nghiên cứu xây dựng quy trình sản xuất cao chiết hành đen từ hành tím (Allium

ascalonicum L.) giàu hoạt tính sinh học.

NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG:

 Xác định thành phần hóa học có trong hành tím đen.

 Xác định khả năng chống oxi hóa của dịch chiết hành tím đen.

 Xác định khả năng kháng ung thư của dịch chiết hành tím đen.

 Phân lập các hợp chất có trong dịch chiết hành tím đen.

 Xây dựng quy trình sản xuất cao chiết hành tím đen giàu hoạt tính sinh học.

II. NGÀY GIAO NHIỆM VỤ: theo Quyết định số 1345/QĐ-ĐHCN về việc giao đề

tài và cử người hướng dẫn luận văn thạc sĩ của Hiệu trưởng Trường Đại học Công

nghiệp Tp. Hồ Chí Minh ngày 20/10/2021.

III. NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ: 20/04/2022

IV. NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: 1. GS.TS. Trần Đình Thắng

2. TS. Đỗ Hữu Nghị

Tp. Hồ Chí Minh, ngày … tháng … năm 2022

NGƯỜI HƯỚNG DẪN CHỦ NHIỆM BỘ MÔN ĐÀO TẠO

VIỆN TRƯỞNG VIỆN CÔNG NGHỆ SINH HỌC VÀ THỰC PHẨM

BỘ CÔNG THƯƠNG

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP

THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

Độc lập - Tự do - Hạnh phúc

i

LỜI CẢM ƠN

Sau thời gian hai năm học tập và nghiên cứu tại Viện công nghệ Sinh học và Thực

phẩm với sự hướng dẫn nhiệt tình cùng những bài học quý báu của quý thầy cô ở

Viện, tôi đã hoàn thành luận văn tốt nghiệp của mình. Tôi xin gửi lời cảm ơn sâu sắc

đến:

Đầu tiên, tôi xin bày tỏ lòng kính trọng và biết ơn sâu sắc tới GS. TS. Trần Đình

Thắng và TS. Đỗ Hữu Nghị đã tận tình trực tiếp hướng dẫn và giúp đỡ tôi hoàn thành

luận văn tốt nghiệp này.

Tiếp đến, tôi xin chân thành cảm ơn quý Thầy Cô của Viện Công nghệ Sinh học và

Thực phẩm đã truyền đạt kiến thức và những kinh nghiệm quý báu trong thời gian tôi

học tập và nghiên cứu tại trường. Tôi cũng muốn gửi lời cảm ơn đến quý thầy cô

phòng thí nghiệm đã tạo điều kiện giúp đỡ, cung cấp các cơ sở vật chất cần thiết trong

suốt thời gian tôi thực hiện nghiên cứu này.

Cuối cùng, tôi xin chân thành cảm ơn Ban lãnh đạo nhà trường đã tạo điều kiện thuận

lợi để tôi hoàn thành được luận văn này.

Một lần nữa xin trân trọng cảm ơn!

ii

TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ

Hành tím đen là một sản phẩm xử lý nhiệt từ hành tím (Allium ascalonicum L.) nhờ

quá trình ủ già trong môi trường có độ ẩm và nhiệt độ được kiểm soát. Mục đích của

nghiên cứu này là xác định thành phần hóa học và hoạt tính sinh học cũng như đưa

ra các thông số kỹ thuật để xây dựng quy trình sản xuất cao chiết hành tím đen. Qua

khảo sát các chế độ lão hóa nhiệt dựa vào khảo sát sự thay đổi pH, độ màu, độ ẩm,

axit tổng, đường khử. Quy trình sản xuất hành tím đen được chọn với điều kiện 70°C,

độ ẩm 70%, thời gian xử lý 18 ngày. Các thành phần hóa học của dịch chiết hành tím

đen được xác định thông qua phân tích LC-ESI-MS, GC-MS, tổng hàm lượng

phenolic, flavonoid được đánh giá bằng phương pháp so màu và hoạt tính chống oxy

hóa của chiết xuất được đánh giá bằng khả năng thu gom gốc tự do DPPH và ABTS.

Hoạt tính kháng ung thư của hành tím đen đối với các dòng tế bào ung thư biểu mô

cổ tử cung ở người (Hela) và ung thư biểu mô tế bào gan ở người (HepG2) đã được

đánh giá bằng phương pháp MTT. Quá trình tối ưu hóa quy trình sản xuất được đưa

ra dựa trên phương pháp đáp ứng bề mặt RSM và tiến hành đối chiếu với thực nghiệm.

Nghiên cứu đã xác định sự hiện diện của 13 hợp chất bay hơi, 24 hợp chất không bay

hơi, phân lập được 2 hợp chất có hoạt tính sinh học gồm quercetin và quercitrin có

trong chiết xuất hành tím đen. Tổng hàm lượng phenolic, flavonoid và hoạt tính chống

oxi hóa của hành tím đen cao hơn hành tím tươi (tương ứng 20,493±0,76mgGAE/g

so với 4,603±0,91mgGAE/g, 7,512±0,22mgQE/g so với 1,171±0,13mgQE/g, ABTS:

3,7202±0,002mg/ml so với 4,7737±0,011mg/ml, DPPH: 2,8224±0,010mg/ml so với

3,2196±0,019mg/ml). Hoạt động chống ung thư của hành tím đen đối với tế bào Hela

và HepG2 (tương ứng 18,58±0,45% và 19,94±0,58% cao hơn so với hành tím tươi

(lần lượt là 13,65±0,42% và 14,85±0,49%). Kết quả cũng chỉ ra rằng nhiệt độ, thời

gian, nồng độ ethanol và mức công suất siêu âm có tác động đến TPC, TFC và DPPH.

Các điều kiện chiết xuất tối ưu từ RSM: nhiệt độ chiết 53°C, thời gian chiết 72 phút,

nồng độ ethanol 48% và mức công suất siêu âm là 84%. Giá trị thực nghiệm của TPC,

TFC và DPPH là 17,28±0,12mgGAE/g, 5,42±0,08mgQE/g và 75,35±0,15%.

iii

ABSTRACT

Black shallot is a heat-treated product from fresh shallot (Allium ascalonicum L.) by

aging in a controlled temperature and humidity environment. The purpose of this

study is to determine the chemical composition and biological activity as well as

provide technical parameters to develop a production process for black shallot extract.

Through surveying thermal aging modes based on a survey of changes in pH, color,

moisture, total acid, and reducing sugar. The production process of black shallot was

selected with the condition of 70°C, 70% humidity, and 18 days of processing time.

The chemical compositions of black shallot extract were determined through LC-ESI￾MS, GC-MS analysis, total phenolic and flavonoid content was evaluated by

colorimetric method, and antioxidant activity of the extract was evaluated by DPPH

and ABTS free radical scavenging capacity. The antitumor activity of black shallot

against human cervical carcinoma (Hela) and human hepatocellular carcinoma

(HepG2) cell lines was evaluated by the MTT method. The process of optimizing the

production process is proposed based on the RSM response surface method and

compared with the experiment. The study identified the presence of 13 volatile

compounds and 24 non-volatile compounds and isolated 2 biologically active

compounds including quercetin and quercitrin in black shallot extract. TPC, TFC,

antioxidant activity of black shallot was higher than that of fresh shallot (20,493±0,76

mgGAE/g vs 4,603±0,91mgGAE/g, 7,512±0,22mgQE/g vs 1,171±0,13mgQE/g,

ABTS: 3,7202±0,002mg/ml vs 4,7737±0,011mg/ml, DPPH: 2,8224±0,010mg/ml vs

3,2196±0,019mg/ml, respectively). The anti-cancer activity of black shallot against

Hela and HepG2 cells (18,58±0,45% and 19,94±0,58% respectively) was higher than

that of fresh shallot (13,65±0,42% and 14,85±0,49% respectively). The results also

show that temperature, time, ethanol concentration, and ultrasonic power level have

an impact on TPC, TFC, and DPPH. Optimal extraction from RSM: extraction

temperature 53°C, extraction time 72 minutes, ethanol concentration 48%, and

ultrasonic power level 84%. The experimental values of TPC, TFC and DPPH are

17,28±0,12mgGAE/g, 5,42±0,08mgQE/g and 75,35±0,15%.

iv

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan báo cáo luận văn tốt nghiệp đề tài “Nghiên cứu xây dựng quy trình

sản xuất cao chiết hành đen từ hành tím (Allium ascalonicum L.) giàu hoạt tính sinh

học” là công trình nghiên cứu của tôi dưới sự hướng dẫn của GS. TS. Trần Đình

Thắng và TS. Đỗ Hữu Nghị. Các kết quả nghiên cứu và các kết luận trong luận văn

là trung thực, không sao chép từ bất kỳ một nguồn nào và dưới bất kỳ hình thức nào.

Đồng thời việc tham khảo các nguồn tài liệu (nếu có) đã được thực hiện trích dẫn và

ghi nguồn tài liệu tham khảo đúng quy định.

Nếu như sai chúng tôi xin chịu hoàn toàn trách nhiệm và chịu tất cả các kỷ luật của

bộ môn cũng như nhà trường đề ra.

Học viên

Bùi Thị Trang

v

MỤC LỤC

LỜI CẢM ƠN ..................................................................................................... i

TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ.................................................................... ii

ABSTRACT...................................................................................................... iii

LỜI CAM ĐOAN ............................................................................................. iv

MỤC LỤC...........................................................................................................v

DANH MỤC HÌNH ẢNH .............................................................................. viii

DANH MỤC BẢNG BIỂU .............................................................................. ix

DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT..............................................................................x

MỞ ĐẦU.............................................................................................................1

1. Đặt vấn đề ...........................................................................................................1

2. Mục tiêu nghiên cứu............................................................................................2

3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu.......................................................................3

4. Cách tiếp cận và phương pháp nghiên cứu .........................................................3

5. Ý nghĩa thực tiễn của đề tài.................................................................................3

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN..................................................................................4

1.1 Tổng quan về hành tím..................................................................................4

1.1.1 Giới thiệu ................................................................................................4

1.1.2 Thành phần hóa học................................................................................5

1.1.3 Hoạt tính sinh học ...................................................................................7

1.2 Tổng quan quá trình lão hóa ........................................................................10

1.2.1 Cơ chế của quá trình lão hóa bằng phương pháp xử lý nhiệt ...............10

1.2.2 Các biến đổi nhờ quá trình lão hóa .......................................................12

1.3 Tổng quan về hành tím đen .........................................................................15

1.4 Định hướng ứng dụng..................................................................................16

CHƯƠNG 2 VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU .......................17

2.1 Vật liệu nghiên cứu......................................................................................17

2.2 Phương pháp khảo sát điều kiện tạo hành tím đen ......................................18

2.2.1 Sơ đồ quy trình sản xuất hành tím đen từ hành tím tươi ......................18

vi

2.2.2 Thuyết minh quy trình ..........................................................................19

2.2.3 Xác định độ ẩm.....................................................................................19

2.2.4 Xác định pH..........................................................................................20

2.2.5 Xác định độ axit....................................................................................21

2.2.6 Xác định độ màu ...................................................................................21

2.2.7 Xác định hàm lượng đường khử ...........................................................22

2.2.8 Xác định hàm lượng phenolic...............................................................23

2.2.9 Xác định hàm lượng flavonoid .............................................................24

2.2.10 Hoạt tính chống oxi hóa ....................................................................24

2.3 Phương pháp nghiên cứu thành phần hóa học của hành tím đen ................25

2.3.1 Xác định tổng hàm lượng phenolic.......................................................25

2.3.2 Xác định tổng hàm lượng flavonoid .....................................................25

2.3.3 Phương pháp nghiên cứu các hợp chất bay hơi ....................................25

2.3.4 Phương pháp nghiên cứu các hợp chất không bay hơi .........................26

2.4 Phương pháp thử nghiệm hoạt tính sinh học ...............................................29

2.4.1 Thử hoạt tính chống oxi hóa .................................................................29

2.4.2 Thử hoạt tính kháng ung thư.................................................................30

2.5 Tối ưu hóa cao chiết giàu hoạt tính sinh học...............................................31

2.6 Phương pháp xử lý số liệu ...........................................................................32

CHƯƠNG 3 KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU ............................................................33

3.1 Khảo sát điều kiện tạo hành tím đen ...........................................................33

3.1.1 Ảnh hưởng của điều kiện ủ đến độ ẩm .................................................33

3.1.2 Ảnh hưởng của điều kiện ủ đến pH ......................................................34

3.1.3 Ảnh hưởng của điều kiện ủ đến axit .....................................................35

3.1.4 Ảnh hưởng của điều kiện ủ đến độ màu ...............................................35

3.1.5 Ảnh hưởng của điều kiện ủ đến hàm lượng đường khử .......................37

3.1.6 Ảnh hưởng của điều kiện ủ đến hàm lượng phenolic ...........................39

3.1.7 Ảnh hưởng của điều kiện ủ đến hàm lượng flavonoid .........................40

3.1.8 Ảnh hưởng của điều kiện ủ đến khả năng bắt gốc tự do DPPH ...........41

3.2 Khảo sát thành phần hóa học của hành tím đen ..........................................43

vii

3.2.1 Tổng hàm lượng phenolic.....................................................................43

3.2.2 Tổng hàm lượng flavonoid ...................................................................44

3.2.3 Thành phần các hợp chất bay hơi của hành tím đen.............................44

3.2.4 Thành phần các hợp chất không bay hơi của hành tím đen..................46

3.3 Khảo sát hoạt tính sinh học .........................................................................50

3.3.1 Khả năng chống oxi hóa .......................................................................50

3.3.2 Khả năng kháng ung thư.......................................................................53

3.4 Tối ưu hóa cao chiết giàu hoạt tính sinh học...............................................54

3.4.1 Sự phù hợp của mô hình .......................................................................54

3.4.2 Phân tích đáp ứng bề mặt......................................................................58

3.4.3 Tối ưu hóa và xác minh mô hình ..........................................................61

3.5 Quy trình sản xuất cao chiết giàu hoạt tính sinh học từ hành tím đen ........62

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ..........................................................................64

DANH MỤC CÔNG TRÌNH ĐÃ CÔNG BỐ CỦA HỌC VIÊN ....................66

TÀI LIỆU THAM KHẢO.................................................................................67

PHỤ LỤC..........................................................................................................79

LÝ LỊCH TRÍCH NGANG CỦA HỌC VIÊN ...............................................109

viii

DANH MỤC HÌNH ẢNH

Hình 1.1 Đặc điểm hình thái cây hành tím. ................................................................5

Hình 1.2 Sự hình thành hợp chất Amadori. ..............................................................11

Hình 1.3 Quá trình khử nước và khử amin để tạo ra dicarbonyl. .............................11

Hình 1.4 Phản ứng trùng hợp tạo aldol. ....................................................................12

Hình 1.5 Sơ đồ chuyển hóa alliin thành allicin.........................................................13

Hình 1.6 Hình thành các hợp chất chứa lưu huỳnh trong quá trình trao đổi chất của

tỏi đã qua chế biến. ....................................................................................14

Hình 2.1 Quy trình tạo sản phẩm hành tím đen. .......................................................17

Hình 2.2 Quy trình nghiên cứu sản xuất hành tím đen từ hành tím tươi. .................18

Hình 2.3 Phản ứng bắt gốc tự do DPPH của các chất chống oxy hóa. .....................25

Hình 2.4 Phân lập các hợp chất từ hành tím đen. .....................................................28

Hình 2.5 Phản ứng trung hòa gốc tự do ABTS•+ của các chất chống oxy hóa. ........29

Hình 3.1 Cấu trúc Quercetin .....................................................................................48

Hình 3.2 Cấu trúc Quercitrin.....................................................................................49

Hình 3.3 Biểu đồ đáp ứng bề mặt của TPC...............................................................59

Hình 3.4 Biểu đồ đáp ứng bề mặt của TFC...............................................................60

Hình 3.5 Biểu đồ đáp ứng bề mặt của DPPH............................................................61

Hình 3.6 Sơ đồ sản xuất cao chiết hành tím đen.......................................................63

ix

DANH MỤC BẢNG BIỂU

Bảng 2.1 Chương trình pha động trên cột C18...........................................................26

Bảng 3.1 Độ ẩm của hành tím đen ở điều kiện nhiệt 60°C, 70°C và 80°C ..............33

Bảng 3.2 pH hành tím đen ở các điều kiện nhiệt 60°C, 70°C và 80°C.....................34

Bảng 3.3 Axit tổng của hành tím đen ở các điều kiện nhiệt 60°C; 70°C; 80°C .......35

Bảng 3.4 Độ màu của hành tím đen ở điều kiện nhiệt 600C, 700C và 800C .............36

Bảng 3.5 Giá trị đường khử của hành tím đen ở điều kiện nhiệt 60°C, 70°C, 80°C 38

Bảng 3.6 Giá trị phenolic của hành tím đen ở điều kiện nhiệt 60°C, 70°C, 80°C....40

Bảng 3.7 Giá trị flavonoid của hành tím đen ở điều kiện nhiệt 60°C, 70°C, 80°C. .41

Bảng 3.8 Giá trị DPPH của hành tím đen ở điều kiện nhiệt 60°C, 70°C và 80°C....42

Bảng 3.9 Giá trị DPPH ngày thứ 18 của hành tím đen ở điều kiện nhiệt 60°C, 70°C

và 80°C ......................................................................................................42

Bảng 3.10 Thành phần các hợp chất bay hơi của hành tím đen................................45

Bảng 3.11 Thành phần các hợp chất không bay hơi của hành tím đen.....................47

Bảng 3.12 Khả năng trung hòa 50% gốc tự do ABTS•+

...........................................51

Bảng 3.13 Khả năng trung hòa 50% gốc tự do DPPH..............................................52

Bảng 3.14 Tác dụng chống ung thư của chiết xuất hành tím đen .............................53

Bảng 3.15 Mức độ mã hóa của các biến độc lập được sử dụng trong thiết kế RSM54

Bảng 3.16 Thiết kế thử nghiệm và các giá trị đáp ứng .............................................55

Bảng 3.17 Mô hình thực nghiệm đa thức bậc hai của TPC, TFC và DPPH.............56

Bảng 3.18 Hệ số hồi quy của các mô hình đa thức bậc hai dự đoán tổng hàm lượng

phenol, tổng hàm lượng flavonoid và DPPH...........................................57

Bảng 3.19 Giá trị dự đoán và thực nghiệm của các đáp ứng trong điều kiện tối ưu.61