Tên đề tài: “Nghiên cứu ảnh hưởng của quá trình thu hoạch và chế biến đến hàm lượng các chất có hoạt tính sinh học trong cây thuốc dòi (Pouzolzia zeylanica L. Benn) ”.

 Tác giả: Nguyễn Duy Tân, Khóa: 2013

 Chuyên ngành: Công nghệ thực phẩm; Mã số: 62540101. Nhóm ngành: Công nghệ sản xuất và chế biến

 Người hướng dẫn chính: PGS.TS. Nguyễn Minh Thủy, Trường Đại học Cần Thơ.

1. Tóm tắt nội dung luận án

Nội dung 1: Khảo sát ảnh hưởng của quá trình thu hoạch và xử lý sau thu hoạch đến khả năng duy trì các hợp chất sinh học trong cây thuốc dòi. Gồm: (i)Ảnh hưởng của mùa vụ trồng (mùa nắng và mùa mưa) và thời gian thu hoạch (30, 45, 60, 75 và 90 ngày tuổi sau khi trồng); (ii)Ảnh hưởng nhiệt độ sấy (60, 70, 80, 90 và 100^oC)/phơi nắng và kích thước nguyên liệu (nguyên cây và cắt khúc 3÷5 cm); (iii)Ảnh hưởng của kích thước nguyên liệu (dạng bột nghiền và cắt khúc 3÷5 cm) và hàm ẩm (10,5% và 13,5%) trong quá trình bảo quản đến khả năng duy trì hàm lượng các hợp chất sinh học trong cây thuốc dòi. Kết quả nghiên cứu cho thấy cây thuốc dòi được trồng và phát triển rất tốt với thời gian thu hoạch tối ưu từ 4÷8 tuần tuổi sau khi trồng, cây thuốc dòi được trồng trong mùa nắng chứa nhiều hợp chất có hoạt tính sinh học hơn so với cây được trồng trong mùa mưa; chế độ sơ chế thích hợp là rửa sạch và làm khô bằng cách phơi nắng/sấy khô ở 60^oC tới độ ẩm nhỏ hơn 12%, sau đó cắt khúc 3÷5 cm, ghép mí kín trong bao PE và cho vào trong túi nhựa (màu sậm) có thể bảo quản tốt trong 12 tháng ở nhiệt độ phòng.

Nội dung 2: Khảo sát ảnh hưởng của các nhân tố trong quá trình chế biến sản phẩm cao lỏng và bột hòa tan từ cây thuốc dòi đến hàm lượng các hợp chất sinh học và giá trị cảm quan của sản phẩm, bao gồm: (i) Thiết kế các bố trí thí nghiệm cho quy trình sản xuất cao lỏng theo dạng phức hợp điểm tâm (CCD) sử dụng phương pháp bề mặt đáp ứng (RSM) với các nhân tố được khảo sát như nhiệt độ và thời gian trích ly (70÷90^oC và 20÷40 phút, tương ứng); tỷ lệ nước/thuốc dòi khô (20/1÷30/1 v/w); acid citric (0,2÷0,4%), đường sucrose (15÷25^oBrix) và carboxymethyl cellulose (0,2÷0,4%) bổ sung vào dịch trích và cô đặc ở (độ chân không 550÷650 mmHg trong thời gian 30÷40 phút). Các thông số tối ưu đạt được cho quy trình chế biến là trích ly ở 81^oC trong 30 phút với tỷ lệ nước/nguyên liệu là 27/1 (v/w). Dịch trích được phối chế với 0,29% acid citric, 20^oBrix và 0,29% carboxymethyl cellulose; cô đặc ở độ chân không 600 mmHg trong 40 phút cho sản phẩm cao lỏng với hàm lượng các hợp chất sinh học cao và giá trị cảm quan tốt; (ii) Khảo sát các thông số ảnh hưởng đến tiến trình sấy phun dịch trích ly thuốc dòi, bao gồm nồng độ maltodextrin bổ sung (5÷15%, w/v) kết hợp với ba loại gum (arabic, carrageenan và xanthan gum) với nồng độ khác nhau (0,06÷0,10%, w/v); nhiệt độ không khí sấy (170÷190^oC) và tốc độ dòng nhập liệu (16÷20 rpm); tỷ lệ đường sucrose (10, 15 và 20%), acid ascorbic (0,05; 0,10 và 0,15%) trong 100 ml nước (với 3 g bột thuốc dòi). Các thông số tối ưu đạt được là dịch trích được phối chế với 9% maltodextrin và 0,08% gum arabic, sấy phun với nhiệt độ không khí đầu vào 179^oC, tốc độ dòng nhập liệu 18 rpm, khi sử dụng phối chế với tỷ lệ bột thuốc dòi/đường sucrose/acid ascorbic là 3/15/0,1 (w/w/w) trong 100 ml nước; (iii) Theo dõi quá trình bảo quản sản phẩm cao trong keo thủy tinh 250 ml ở nhiệt độ lạnh và nhiệt độ phòng, bột sấy phun trong hộp nhựa 100g ở nhiệt độ phòng. Kết quả cho thấy mẫu sản phẩm cao bảo quản ở nhiệt độ phòng có sự tổn thất hàm lượng anthocyanin, flavonoid, polyphenol và tannin cao hơn mẫu bảo quản ở nhiệt độ lạnh khoảng 1,38÷1,55 lần. Hợp chất polyphenol và tannin có sự giảm nhẹ trong thời gian bảo quản 1÷4 tháng đầu và tăng nhẹ ở tháng 5÷6 sau đó giảm dần. Hợp chất anthocyanin và flavonoid thì giảm dần theo thời gian bảo quản. Còn mẫu sản phẩm bột có sự tổn thất các hợp chất sinh học trong khoảng 33,86 đến 51,85% sau 12 tháng bảo quản.

Nội dung 3: Xác định các đặc tính chức năng và bước đầu khảo sát mức độ chấp nhận của 150 người tiêu dùng trên địa bàn thành phố Long Xuyên đối với hai sản phẩm cao lỏng và bột hòa tan thuốc dòi. Kết quả khảo sát cho thấy cả hai sản phẩm đều được người tiêu dùng đánh giá cao về màu sắc, mùi vị và chất lượng và sẵn lòng mua sản phẩm khi hiện diện trên thị trường. Sản phẩm bột hòa tan có hoạt động chống oxy hóa cao hơn sản phẩm cao lỏng với giá trị IC₅₀về khả năng khử gốc tự do DPPH là 0,98 và 3,18 mg/ml; khả năng khử sắt theo phương pháp FRAP là 116,198 và 6,687 mMFeSO₄/100 mg; tổng năng lực khử thông qua chỉ số AAI là 41,792 và 14,333; tương ứng. Ngoài ra, bột thuốc dòi có hoạt tính kháng khuẩn trên chủng Streptoccocus pyogenes với nồng độ ức chế tối thiểu (MIC) là 50 mg/ml và ở liều quy đổi trên người là 6 g/ngày có tác dụng long đàm và giảm các triệu chứng ho do kích thích trên mô hình gây ho bằng capsaicin. Ngược lại, cao lỏng thuốc dòi không thể hiện hoạt tính kháng khuẩn trên các chủng vi khuẩn liên quan đến bệnh lý của đường hô hấp và ở liều quy đổi trên người là 4 g/ngày có tác dụng long đàm trên chuột thí nghiệm bị gây ho bằng capsaicin. Tuy nhiên, tác dụng của cao thuốc dòi trên các triệu chứng ho do kích thích trên mô hình gây ho bằng capsaicin thể hiện chưa điển hình so với dạng bột thuốc dòi sấy phun.

2. Những kết quả mới của luận án:

- Cung cấp các thông tin hữu ích về tác dụng trị bệnh của cây thuốc dòi một loại thực vật thuốc được sử dụng phổ biến trong dân gian; nhưng chưa được nghiên cứu và tìm hiểu nhiều.

- Xác định được thời điểm thu hoạch và phương pháp làm khô thích hợp để thu được nguyên liệu thuốc dòi có hàm lượng các hợp chất sinh học ở mức cao, cũng như sự hao hụt của các hợp chất này trong quá trình bảo quản

- Sử dụng công nghệ cô đặc chân không và sấy phun để chế biến ra hai sản phẩm giá trị gia tăng (cao lỏng và bột hòa tan), tiện dụng từ cây thuốc dòi;

- Thử nghiệm hoạt động chống oxy hóa in vitro và khả năng kháng khuẩn đường hô hấp, tác dụng long đàm và trị bệnh ho của sản phẩm trên mô hình chuột thí nghiệm.

- Từ kết quả nghiên cứu có thể định hướng người dân trồng theo quy hoạch và thúc đẩy quá trình sản xuất sản phẩm để thương mại hóa, nhằm nâng cao giá trị kinh tế cây thuốc dòi.

3. Khả năng ứng dụng trong thực tiễn, các vấn đề cần tiếp tục nghiên cứu:

- Cả hai sản phẩm cao lỏng và bột hòa tan đều được chấp nhận cao của 150 người tiêu dùng được điều tra. Khả năng ứng dụng trong thực tiễn là rất cao.

- Nghiên cứu thêm tác dụng trị ho thực nghiệm trên người, tác dụng kháng viêm, chống phù nề và thử nghiệm mô hình gây hen dị ứng bằng albumin.

- Tính toán hiệu quả kinh tế của quá trình sản xuất thử nghiệm ở quy mô lớn để có thể chuyển giao công nghệ cho các cơ sở sản xuất ở địa phương khi có nhu cầu.

1. Summary of the thesis

The thesis consists of three main following parts:

Part 1: Effects of harvesting and postharvest treatments on the quality of Pouzolzia zeylanica plants, including: (i) Effect of planting season (sunny and rainy) and harvesting time (30, 45, 60, 75 and 90 days after planting); (ii) Effect of drying temperature (60, 70, 80, 90 and 100^oC)/sun drying and material size (whole plant and cut into 3÷5 cm); (iii) Effect of material size (mashed and cut shape) and moisture content (10.5 and 13.5%) in storage process of dried materials in sealed PE packages on maintainable ability of bioactive compounds in Pouzolzia zeylanica. The results showed that the medicinal plants were planted and developed very well with optimum harvesting time of 4÷8 weeks after planting, medicinal plants were planted in a dry season contained more bioactive compounds than plants in rainy season. The whole plants were dried at 60^oC/sun drying until the moisture of material was less 12%, then these plants were cut into 3÷5 cm and kept in PE package (2 layers). They could be stored for 12 months at room temperature.

Part 2: Investigation of effects of factors in the processing of products (concentrate and spray dried powder) on the content of bioactive compounds and sensory value of product. Including: (i) The response surface methodology (RSM) with central composite design (CCD) was applied to optimize the design of experiments for temperature and extraction time (70÷90^oC and 20÷40 minutes, respectively), the ratio of water and dried material (20/1÷30/1 v/w); sucrose content (15÷25^oBrix), carboxymethyl cellulose content (0.2÷0.4%) added in extract and concentrated (at vacuum level of 550÷650 mmHg for 30÷40 minutes). The optimal temperature, time and ratio of material/water were achieved (81^oC, 30 minutes and 27/1 v/w, respectively). The high quality of concentrate product was found by preparing with 0.29% citric acid, 20°Brix and 0.29% carboxymethyl cellulose; vacuum cooking at 600 mmHg for 40 minutes; (ii) Investigating effect of the factors of the spray drying process on quality of soluble powder, including supplemental maltodextrin (5÷15% w/v) combined with three gum types (arabic, carrageenan and xanthan) in different concentrations (0.06÷0.10% w/v), drying air temperature (170÷190^oC) and input flow rate (16÷20 rpm); sucrose (10, 15 and 20%) and ascorbic acid (0.05, 0.10 and 0.15%). The high quality product could be achieved by using 9% maltodextrin and 0.08% gum arabic, and spray dried at inlet drying temperature of 179^oC, feed flow rate of 18 rpm; then mixed with the ratio of spray dried powder/sucrose/ascorbic acid that was 3/15/0.1 (w/w/w) in 100 ml hot water to make tea; (iii) Observing preservation process of concentrated product that was contained in a 250 ml glass bottle at room and cold temperature conditions; spray dried powder was contained in a 100g plastic box at room temperature. The results showed that the concentrate samples stored at room temperature had loss of anthocyanin, flavonoid, polyphenol and tannin higher 1.38÷1.55 times than the samples stored at cold temperatures. The polyphenol and tannin contents were slightly reduced in the first months (1^st to 4^th), but slightly increased in next months (5^th to 6^th) and then decreased gradually. Anthocyanin and flavonoid contents decreased gradually with storage time. The bioactive compounds of spray dried powder had loss about 33.86÷51.85% after 12 months of storage.

Part 3: Determination of functional characteristics and initial survey of acceptability of 150 consumers in Long Xuyen City of two products (concentrated and spray dried powder). Initial survey results showed that both products were obtained high score by the consumers for their color, taste and quality, and they were willing to buy the product when these products were available in the market. The soluble powder had higher antioxidant activity than the concentrated product with an IC₅₀ value of DPPH free radical scavenging activity that was 0.98 and 3.18 mg/ml; the ability of reducing ferrous following FRAP method was 116.198 and 6.687 μFeSO₄/100mg; the AAI index determined by total reducing power method was 41.792 and 14.333 respectively for two products. In addition, the spray dried powder had antibacterial activity on strains of Streptococcus pyogenes with a minimum inhibitory concentration (MIC) of 50 mg/ml; at human dose of 6g/day, it had effect on reducing sputa and cough symptom due to stimulation of cough model with capsaicin. In contrast, the concentrated product did not show antimicrobial activity in bacterial strains related with respiratory disease; at a dose of 4 g/day converted in humans, it had effect on reducing sputa in experimental mice affected with capsaicin, but the effect of it on cough symptoms caused by the capsaicin model was not typical in comparison with spray dried powder.

2. The new contributions of thesis:

Providing useful information on the therapeutic effect of Pouzolzia zeylanica that is a medicinal plant commonly used in folk medicine; It has not been studied and found much.

Determining the harvesting time and appropriate drying methods to obtain the dried material with high levels of bioactive compounds, as well as the loss of these compounds during storage.

Using vacuum concentrating technology and spray drying to produce two value added products (concnetrated and powder), convenient from Pouzolzia zeylanica plants.

Testing antioxidant activity in vitro and respiratory antibacterial ability, effect on reducing sputa and cough cure in the experimental mouse model.

The results of the research can guide people to plant in accordance to planning and promoting the production of products for commercialization, and increase the economic value of Pouzolzia zeylanica plants.

3. Applicatuon/applicability in pratice, problems need to continue research

Both products (concentrated and spray dried) are highly accepted by surveying of 150 consumers. Applicability in practice is very high.

Further studies on the effects of human cough experiments, anti-inflammatory, anti-edema effects and the model of allergic asthma with albumin.

Calculating economic efficiency in large-scale production in order to transfer technology of production to local enterprise.

• 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)