Tên đề tài: Nghiên cứu chế tạo màng bao sinh học từ vỏ quả bưởi có tác động hiệu quả trong bảo quản trái cây tươi

Tác giả: Nguyễn Hồng Khôi Nguyên, Khóa: 2020

Ngành: Công nghệ thực phẩm; Mã số: 9540101. Nhóm ngành: Công nghệ sản xuất và chế biến

Người hướng dẫn chính: PGS.TS. Trần Thanh Trúc - Trường Đại học Cần Thơ

Người hướng dẫn phụ: PGS.TS. Bạch Long Giang - Trường Đại học Nguyễn Tất Thành

1. Tóm tắt nội dung luận án

Nghiên cứu chế tạo màng bao sinh học từ vỏ quả bưởi có tác động hiệu quả trong bảo quản trái cây tươi được thực hiện nhằm tận dụng nguyên liệu vỏ bưởi để thu nhận cao chiết giàu hoạt chất sinh học và pectin, từ đó ứng dụng trong tạo màng sinh học bảo quản bưởi Da Xanh và Năm Roi, cũng như ứng dụng màng pectin bổ sung lợi khuẩn trong bảo quản sản phẩm chế biến giảm thiểu từ bưởi Da Xanh và mít Thái. Nghiên cứu đã thực hiện trên 5 nội dung và đã đạt được một số kết quả, (1) Xây dựng được cơ sở dữ liệu chi tiết về đặc điểm hình thái, kích thước, khối lượng, thành phần hóa học, hoạt tính kháng oxy hóa, và khả năng trích ly pectin của bốn giống bưởi ở Đồng bằng sông Cửu Long, bao gồm Da Xanh, Năm Roi, Lông Cổ Cò và Thanh Kiều. Kết quả cho thấy những điểm tương đồng và khác biệt giữa các giống bưởi về màu sắc, khối lượng, kích thước, độ ẩm, protein, lipid, tro, và vitamin C. Các giống bưởi đều có đặc điểm riêng biệt về hình dạng, bề mặt và màu sắc quả. Cả vỏ và thịt quả đều chứa các thành phần có hoạt tính sinh học và khả năng kháng oxy hóa. Vỏ xanh bưởi Da Xanh được chọn để thu nhận cao chiết và vỏ trắng bưởi Năm Roi được chọn để thu nhận pectin. (2) Cao chiết từ vỏ xanh bưởi Da Xanh được thu nhận từ vỏ bưởi đã được sấy bơm nhiệt (35°C, độ ẩm cuối 5±0,5%) và ngâm chiết bằng ethanol 90° tại nhiệt độ phòng trong 48 giờ, cao chiết có chứa các hợp chất sinh học như carbohydrate, flavonoid, phenol, và nhiều chất khác với gallic acid, quercitrin, và quercetin là các thành phần chính. Cao chiết này thể hiện khả năng kháng oxy hóa mạnh với giá trị EC₅₀ từ hoạt động quét gốc tự do DPPH là 11,69 mg/mL và ABTS^·+ là 0,25 mg/mL. Ngoài ra, cao chiết cũng thể hiện hoạt tính kháng khuẩn với nồng độ ức chế tối thiểu MIC từ 10 - 20 mg/mL và nồng độ tiêu diệt tối thiểu MBC từ 320 - 640 mg/mL chống lại 10 chủng vi khuẩn gây bệnh. Nghiên cứu cũng đã xác định được 11 loài nấm mốc và 2 loài nấm men trên bề mặt vỏ bưởi Năm Roi và Da Xanh, và cao chiết này cũng thể hiện khả năng kháng nấm với nồng độ ức chế tối thiểu MIC từ 80 - 320 mg/mL và nồng độ tiêu diệt tối thiểu MFC từ 320 - 1280 mg/mL. (3) Quá trình trích ly pectin được thực hiện với bột vỏ bưởi có kích thước hạt từ 0,5 đến 0,9 mm, các thông số đã được tối ưu hóa bao gồm sử dụng citric acid pH 1,5, tỷ lệ ethanol 96°/dịch chiết là 2/1 (v/v), nhiệt độ sấy pectin là 50°C, nhiệt độ trích ly là 72°C, thời gian trích ly là 129 phút, và tỷ lệ citric acid/bột vỏ bưởi là 25 mL/g. Kết quả các thông số của pectin thu được với màu trắng ngà, thuộc nhóm có chỉ số methoxyl thấp với DE là 31,52±0,77 và MI là 6,4±0,2. Độ nhớt động học của pectin được mô tả bằng mô hình toán học y = 3,871e^0,6394x.  (4) Nghiên cứu đã xác định thành phần dung dịch tạo màng PGS 5, bao gồm pectin 85%, gelatin 5%, sorbitol 5% và cao chiết vỏ bưởi 5%, là phù hợp để bảo quản bưởi. Màng PGS 5, được đánh giá qua các phân tích như TGA, FTIR, XRD và SEM, thể hiện cấu trúc phù hợp và các đặc tính như khả năng kháng oxy hóa, kháng khuẩn và kháng nấm, đặc biệt trên các loài nấm được phân lập từ vỏ bưởi Da Xanh và Năm Roi. Bưởi phun màng cho thấy khả năng bảo quản tốt hơn so với bưởi không phun màng. Đặc biệt, bưởi Da Xanh bảo quản tốt nhất ở nhiệt độ 8°C với thời gian lên đến 120 ngày, trong khi bưởi Năm Roi bảo quản tốt nhất ở nhiệt độ 11°C với thời gian là 70 ngày. Sơ đồ cây phân bổ các loại bưởi có đặc điểm gần với nhau đã được thực hiện, thêm vào đó tương quan Pearson giữa các thành phần dinh dưỡng với đặc điểm cảm quan, cho thấy mối tương quan dương giữa các chỉ số chất lượng với thuộc tính như màu sắc, mùi, vị, kết cấu và độ ưa thích của thịt bưởi. (5) Nghiên cứu đã phát triển màng pectin bổ sung lợi khuẩn Lactiplantibacillus plantarum (màng synbiotic) chọn lọc từ các dòng có hoạt tính probiotic. Thành phần màng gồm pectin 70%, alginate 15%, glycerol 5%, dịch khuẩn Lactiplantibacillus plantarum 10% và 1,5% Fructooligo saccharide (FOS). Sử dụng màng synbiotic trong bảo quản bưởi Da Xanh và mít Thái tách múi đã cải thiện đáng kể chất lượng sản phẩm sau 6 ngày bảo quản, với các chỉ tiêu như tổng số vi sinh vật hiếu khí, nấm men, nấm mốc, tỷ lệ hao hụt khối lượng, hàm lượng đường khử và tính chất cảm quan. Phân tích Pearson cũng đã xác định được mối tương quan giữa các yếu tố ảnh hưởng đến chất lượng bảo quản và đặc điểm cảm quan của cả hai loại trái cây. Sau 6 ngày bảo quản, sản phẩm vẫn duy trì số lượng tế bào lợi khuẩn cao, cho thấy khả năng sống sót trong điều kiện môi trường dạ dày và ruột non mô phỏng.

2. Những kết quả mới của luận án

- Xây dựng được cơ sở dữ liệu của các giống bưởi Da Xanh, Năm Roi, Lông Cổ Cò, Thanh Kiều về các đặc điểm hình thái, tính chất hóa lý, hàm lượng hoạt chất sinh học và thành phần pectin trong vỏ bưởi.

- Thiết lập được công thức tạo màng bảo quản với thành phần chủ yếu là pectin và cao chiết thu nhận được từ nguồn phụ phẩm vỏ bưởi và ứng dụng hiệu quả để bảo quản bưởi Năm Roi và bưởi Da Xanh nguyên quả. Thành phần màng bảo quản bao gồm pectin từ vỏ trắng bưởi Năm Roi 85%, gelatin 5%, sorbitol 5% và cao chiết từ vỏ xanh của bưởi Da Xanh 5%. Thời gian bảo quản bưởi Da Xanh lên đến 120 ngày ở nhiệt độ 8 °C và 70 ngày đối với bưởi Năm Roi khi nhiệt độ bảo quản là 11 °C.

- Tạo được màng pectin bổ sung lợi khuẩn và FOS để khả năng tồn tại của lợi khuẩn Lactiplantibacillus plantarum là tốt nhất, cũng như tạo hiệu quả tích cực trong bảo quản bưởi Da Xanh và mít Thái chế biến giảm thiểu.

3. Các ứng dụng/ khả năng ứng dụng trong thực tiễn, các vấn đề cần tiếp tục nghiên cứu

Nghiên cứu đã cung cấp dữ liệu khoa học về đặc điểm của các giống bưởi phổ biến tại đồng bằng sông Cửu Long, đồng thời đề xuất được quy trình trích ly pectin từ vỏ bưởi, cũng như các thông số liên quan đến quá trình trích ly và đánh giá các hoạt tính của cao chiết vỏ bưởi. Trên cơ sở đó, tạo màng pectin kết hợp với cao chiết từ vỏ bưởi để ứng dụng bảo quản bưởi Da Xanh và Năm Roi; đồng thời đánh giá được hiệu quả sử dụng màng pectin bổ sung lợi khuẩn trong bảo quản bưởi Da Xanh và mít Thái chế biến giảm thiểu.

Nghiên cứu góp phần vào việc giải quyết vấn đề phụ phẩm từ vỏ bưởi thông qua việc đánh giá khả năng ứng dụng của màng sinh học từ nguồn pectin và cao chiết được thu nhận từ vỏ bưởi và ứng dụng trở lại trong bảo quản bưởi Da Xanh và Năm Roi. Ngoài ra, nghiên cứu cũng cung cấp thông tin về khả năng ứng dụng của màng pectin bổ sung lợi khuẩn trong việc bảo quản bưởi Da Xanh và mít Thái chế biến giảm thiểu, nhằm cải thiện hiệu quả bảo quản và nâng cao chất lượng sử dụng các loại trái cây. Các nghiên cứu tiếp theo sẽ tập trung thử nghiệm màng bao sinh học trên một số loại quả có hô hấp đột biến; nghiên cứu tác động của các loài lợi khuẩn khác nhau đến hiệu quả hoạt động của màng cũng cần được quan tâm.

Official thesis title: Research effective impacts of biological films from pomelo peel on preserving fresh fruit

Major: Food Technology                                                        Code: 954.01.01

Full name: Nguyen Hong Khoi Nguyen

Supervisor:      Assoc. Prof. Tran Thanh Truc

Assoc. Prof. Bach Long Giang

Educational institution: Can Tho University

1. Summary of the objectives of the thesis:

The research on the fabrication of bio-based coatings from pomelo peels, which have exhibited effective preservation of fresh fruits, aims to utilize pomelo peel materials for the high-yield extraction of bioactive compounds and pectin. These extracted compounds were subsequently applied to develop bio-based coatings for preserving Da Xanh pomelo and Nam Roi pomelo. Additionally, the study explored the application of synbiotic pectin coatings in preserving processed products, focusing on minimally processed fruit from Da Xanh pomelo and Thai jackfruit. The research was conducted based on five main contents, yielding results, (1) A detailed database has been established on the morphological characteristics, size, weight, chemical composition, antioxidant activity, and pectin extraction capabilities of four pomelo varieties from the Mekong Delta, namely Da Xanh, Nam Roi, Long Co Co, and Thanh Kieu. The results reveal both similarities and differences among the pomelo varieties in terms of color, weight, size, moisture content, protein, lipid, ash, and vitamin C. Each variety has unique characteristics in terms of fruit shape, surface texture, and color. Additionally, both the peel and flesh of the fruits contain components with biological activity. From the result, the green peel of Da Xanh pomelo was chosen for its high extract yield, and the white peel of Nam Roi pomelo was selected for pectin extraction. (2) The extract obtained from pomelo peel, which was dried using a heat pump (35 °C, final humidity 5±0.5%) and macerated with 90° ethanol at room temperature for 48 hours, contains biological compounds such as carbohydrates, flavonoids, phenols, and others, with gallic acid, quercitrin, and quercetin being the main components. This extract demonstrates strong antioxidant ability, with EC₅₀ values from DPPH free radical scavenging activity at 11.69 mg/mL and ABTS^·+ at 0.25 mg/mL. Besides, the extract exhibits antibacterial activity with minimum inhibitory concentrations (MIC) ranging from 10 to 20 mg/mL and minimum bactericidal concentrations (MBC) ranging from 320 to 640 mg/mL against 10 pathogenic bacterial strains. The study also identified 11 strains of mold and 2 strains of yeast on the surface of Nam Roi and Da Xanh pomelo peels, and this extract shows antifungal capabilities with minimum inhibitory concentrations (MIC) from 80 - 320 mg/mL and minimum fungicidal concentrations (MFC) of 320 - 1280 mg/mL. (3) Pectin was extracted using pomelo peel powder with particle sizes ranging from 0.5 to 0.9 mm. The optimized parameters included using citric acid at pH 1.5, an ethanol 96%/extract ratio of 2:1 (v/v), a pectin drying temperature of 50 °C, an extraction temperature of 72 °C, an extraction time of 129 minutes, and a citric acid to pomelo peel powder ratio of 25 mL/g. The resulting pectin characteristics included a creamy white color, classified within the group as having a low methoxyl index, with a Degree of Esterification (DE) of 31.52±0.77 and a Methoxyl Index (MI) of 6.4±0.2. The rheological viscosity of the pectin was described by the mathematical model y = 3.871e^0.6394x. (4) The study determined that the PGS 5 film-forming solution, consisting of 85% pectin, 5% gelatin, 5% sorbitol, and 5% pomelo peel extract, is suitable for preserving pomelo. The PGS 5 film, evaluated through analyses such as TGA, FTIR, XRD, and SEM, exhibited a suitable structure and properties including antioxidant, antibacterial, and antifungal abilities, particularly against fungal species isolated from Da Xanh and Nam Roi pomelo peels. Pomelo sprayed with this film showed better preservation capabilities compared to unsprayed pomelo. Notably, Da Xanh pomelo stored best at 8 °C with a shelf life of up to 120 days, while Nam Roi pomelo stored best at 11 °C with a shelf life of 70 days. A clustering diagram grouped pomelo varieties with similar characteristics, and a Pearson correlation analysis between nutritional components and sensory characteristics revealed positive correlations with quality indicators such as color, scent, taste, texture, and overall preference of the pomelo flesh. (5) The study developed a synbiotic pectin film supplemented with the probiotic Lactiplantibacillus plantarum, selected from species with probiotic activity. The film composition included 70% pectin, 15% alginate, 5% glycerol, 10% Lactiplantibacillus plantarum culture, and 1.5% Fructooligosaccharide (FOS). Using this synbiotic film to preserve segmented Da Xanh pomelo and Thai jackfruit significantly improved product quality after 6 days of storage, with enhancements in total aerobic microorganisms, yeasts, molds, weight loss ratio, reducing sugar content, and sensory properties. Pearson analysis also identified correlations between factors affecting storage quality and the sensory characteristics of both types of fruit. After 6 days of storage, the product maintained many viable probiotic cells, demonstrating survival in simulated stomach and small intestine conditions.

2. New findings of the thesis:

- Establishing a database of Da Xanh, Nam Roi, Long Co Co, Thanh Kieu pomelo varieties on morphological characteristics, physicochemical properties, bioactive compound content and pectin content in pomelo peel.

- Developing a preservation film formula with pectin and extract obtained from pomelo by-products (pomelo peel) and effectively applying it to preserve Nam Roi and Da Xanh pomelo whole fruits. The film was composed of 85% pectin from the white peel of Nam Roi pomelo, 5% gelatin, 5% sorbitol, and 5% extract from the green peel of Da Xanh pomelo. The preservation time of Da Xanh pomelo was up to 120 days at 8 °C and 70 days at 11 °C for Nam Roi pomelo.

- Synthesis of a pectin film supplemented with probiotics and FOS to maximize the survival of probiotic Lactiplantibacillus plantarum, as well as to create a positive effect in preserving Da Xanh pomelo and minimally processed Thai jackfruit.

3. Practical applicability / further research directions, if any:

This study provides scientific data on the characteristics of popular pomelo varieties in the Mekong Delta. It proposes a process for extracting pectin from pomelo peel, as well as parameters related to the extraction process and evaluating the activities of pomelo peel extract. Pectin films were developed in combination with pomelo peel extract for the preservation of Da Xanh and Nam Roi pomelo, and the effectiveness of using pectin films supplemented with probiotics to preserve Da Xanh pomelo and Thai jackfruit with minimal processing was evaluated.

This research addresses the issue of pomelo peel (pomelo by-products) by evaluating the applicability of biofilms from pectin sources and extracts collected from pomelo peel and reapplying them to preserve Da Xanh and Nam Roi pomelo. Furthermore, this study also provides information on the applicability of pectin films supplemented with probiotics in preserving Da Xanh pomelo and Thai jackfruit with minimal processing to improve the preservation efficiency and enhance fruit quality. Further studies will focus on evaluating the efficiency of biofilms on some climacteric fruits, and studying the effects of different probiotic species on the film's performance is also needed.

• Xem chi tiết nội dung luận án
• Xem thông tin đăng tải tại Website Bộ giáo dục và Đào tạo. (Nhập tên NCS vào ô tìm kiếm)