Tài liệu Nghiên cứu thiết lập quy trình sản xuất nước giải khát đóng chai từ cà gai leo (solanum hainanense hance)

ĐẠI HỌC HUẾ TRƯỜNG ĐẠI HỌC NÔNG LÂM LƯU HOÀNG NHẬT NGHIÊN CỨU THIẾT LẬP QUY TRÌNH SẢN XUẤT NƯỚC GIẢI KHÁT ĐÓNG CHAI TỪ CÀ GAI LEO (Solanum hainanense Hance) LUẬN VĂN THẠC SĨ CHẾ BIẾN LƯỢNG THỰC, THỰC PHẨM VÀ ĐỒ UỐNG Chuyên ngành: CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM HUẾ - 2018 ĐẠI HỌC HUẾ TRƯỜNG ĐẠI HỌC NÔNG LÂM LƯU HOÀNG NHẬT NGHIÊN CỨU THIẾT LẬP QUY TRÌNH SẢN XUẤT NƯỚC GIẢI KHÁT ĐÓNG CHAI TỪ CÀ GAI LEO (Solanum hainanense Hance) LUẬN VĂN THẠC SĨ CHẾ BIẾN LƯỢNG THỰC, THỰC PHẨM VÀ ĐỒ UỐNG Chuyên ngành: CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM Mã số: 8540101 NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC TS. NGUYỄN VĂN HUẾ HUẾ - 2018 i LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan các nội dung, số liệu, kết quả nêu trong luận văn là trung thực và chưa từng được ai công bố trong bất kỳ công trình nào. Tác giả Lưu Hoàng Nhật ii LỜI CẢM ƠN Luận văn tốt nghiệp với đề tài: “Nghiên cứu thiết lập quy trình sản xuất nước giải khát đóng chai từ cà gai leo (Solanum hainanense Hance)” được thực hiện tại khoa Cơ khí – Công nghệ, trường Đại học Nông Lâm, Đại học Huế. Trong suốt thời gian thực hiện luận văn, tác giả đã nhận được rất nhiều sự giúp đỡ quý báu cả về kiến thức, vật chất và tinh thần. Xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc nhất đến TS. Nguyễn Văn Huế, người đã tận tình hướng dẫn và giải quyết triệt để những vướng mắc mà tôi gặp phải trong suốt quá trình thực hiện luận văn này. Thầy đã dùng hết tâm huyết để hướng dẫn học trò của mình có lối tư suy sáng tạo và niềm đam mê khoa học. Xin chân thành cảm ơn quý thầy cô giáo đã dạy bảo tôi trong suốt thời gian qua, đặc biệt là quý thầy cô khoa Cơ khí – Công nghệ trường Đại học Nông Lâm, Đại học Huế đã truyền đạt cho tôi những kiến thức chuyên môn sâu sắc, là nền tảng quan trọng cho quá trình thực hiện đề tài và công việc hiện tại của tôi. Cuối cùng, xin gửi lời cảm ơn đến anh, chị, những người bạn trong lớp cao học CNTP khóa 22 về những tình cảm chân thành, tốt đẹp và sự giúp đỡ vô tư trong những lúc tôi gặp khó khăn nhất. Huế, tháng 9 năm 2018 Học viên Lưu Hoàng Nhật iii TÓM TẮT Người tiêu dùng có xu hướng lựa chọn sản phẩm thực phẩm chứa các hợp chất có hoạt tính sinh học nguồn gốc tự nhiên, vừa có tác dụng hỗ trợ chữa bệnh vừa không gây tác dụng phụ. Ở Việt Nam, các nghiên cứu về cà gai leo, đặc biệt đối với hợp chất Solasodine vẫn còn hạn chế và sản phẩm từ cà gai leo vẫn chưa phổ biến với người tiêu dùng. Việc nghiên cứu và sản xuất các sản phẩm nước uống từ cà gai leo có tác động tích cực về mặt phòng và hỗ trợ chữa các bệnh về gan, bên cạnh đó, góp phần đa dạng hóa sản phẩm từ cà gai leo và nâng cao hiệu quả kinh tế. Vì những lý do đó, chúng tôi chọn đề tài: “Nghiên cứu thiết lập quy trình sản xuất nước giải khát đóng chai từ cà gai leo (Solanum hainanense Hance)”. Nhằm sản xuất các sản phẩm nước uống từ cà gai leo cho người tiêu dùng, đề tài tiến hành thiết lập các công thức phối chế các sản phẩm nước uống từ cà gai leo đồng thời khảo sát chế độ thanh trùng thích hợp cho các sản phẩm, kiểm tra các chỉ tiêu vi sinh và theo dõi quá trình bảo quản sau thanh trùng ở các điều kiện khác nhau. Bên cạnh đó, việc định tính solasodine được xác định bằng phương pháp đo mật độ quang UV-VIS và phương pháp sắc ký lỏng hiệu năng cao HPLC, bước đầu sản xuất nước uống chứa solasodine từ cà gai leo. Kết quả nghiên cứu cho thấy đối với sản phẩm nước uống cà gai leo không đường bổ sung 1ml dịch cà gai leo cô đặc trong 100ml nước. Từ nước uống cà gai leo không đường bổ sung 4% đường saccharose và 0,03% acid citric tạo thành sản phẩm nước uống cà gai leo có đường. Tương tự, bổ sung 3% dịch cỏ ngọt kết hợp với 0,03% acid citric để tạo sản phẩm nước uống cà gai leo bổ sung cỏ ngọt và nước uống cà gai leo bổ sung đường kiêng chứa 20% đường isomalt và 0,03% acid citric. Các sản phẩm nước cà gai leo không đường và bổ sung cỏ ngọt được thanh trùng ở 90oC, trong khi đó các sản phẩm có đường và bổ sung đường kiêng thanh trùng ở nhiệt độ cao hơn 95oC và thời gian thanh trùng các sản phẩm này là 10 phút. Khi đánh giá cảm quan sản phẩm tạo thành, so sánh với các sản phẩm tương tự trên thị trường, kết quả nhận được là sản phẩm có mức độ ưa thích cao. iv MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN ................................................................................................ i LỜI CẢM ƠN ..................................................................................................... ii TÓM TẮT ......................................................................................................... iii MỤC LỤC ......................................................................................................... iv DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT ............................................................................. vii DANH MỤC BẢNG ........................................................................................ viii DANH MỤC HÌNH ẢNH ................................................................................... x MỞ ĐẦU ............................................................................................................ 1 1. Đặt vấn đề....................................................................................................... 1 2. Mục tiêu của đề tài .......................................................................................... 1 3. Ý nghĩa khoa học và ý nghĩa thực tiễn của đề tài ............................................. 2 3.1. Ý nghĩa khoa học của đề tài .......................................................................... 2 3.2. Ý nghĩa thực tiễn của đề tài .......................................................................... 2 CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN CÁC VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU ................................ 3 1.1. TỔNG QUAN VỀ NGUYÊN LIỆU .............................................................. 3 1.1.1. Giới thiệu về cà gai leo .............................................................................. 3 1.1.2. Cỏ ngọt ..................................................................................................... 6 1.1.3. Các nguyên liệu khác ................................................................................ 8 1.2. QUY TRÌNH SẢN XUẤT NƯỚC UỐNG CÀ GAI LEO ............................ 13 1.2.1. Sơ đồ quy trình công nghệ ....................................................................... 13 1.2.2. Thuyết minh quy trình công nghệ ............................................................ 14 1.3. CƠ SỞ LÝ THUYẾT CỦA QUÁ TRÌNH THANH TRÙNG ....................... 16 1.3.1. Mục đích của quá trình thanh trùng.......................................................... 16 1.3.2. Các phương pháp thanh trùng .................................................................. 16 1.3.3. Cơ sở để đưa ra chế độ thanh trùng đối với sản phẩm thực phẩm.............. 16 1.4. TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU PHÁT TRIỂN CÁC SẢN PHẨM TỪ CÀ GAI LEO TRÊN THẾ GIỚI VÀ TRONG NƯỚC .............................................. 18 v 1.4.1. Tình hình nghiên cứu trên thế giới ........................................................... 18 1.4.2. Tình hình nghiên cứu trong nước ............................................................. 18 CHƯƠNG 2. NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ....................... 20 2.1. ĐỐI TƯỢNG, PHẠM VI VÀ VẬT LIỆU NGHIÊN CỨU ........................... 20 2.1.1. Đối tượng nghiên cứu .............................................................................. 20 2.1.2. Phạm vi nghiên cứu ................................................................................. 20 2.1.3. Vật liệu nghiên cứu ................................................................................. 20 2.2. NỘI DUNG NGHIÊN CỨU ....................................................................... 21 2.3. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU................................................................ 21 2.3.1. Phương pháp lấy mẫu .............................................................................. 21 2.3.2. Phương pháp xác định mật độ quang của các sản phẩm nước uống cà gai leo bằng máy quang phổ UV-VIS .................................................................... 21 2.3.3. Phương pháp bố trí thí nghiệm ................................................................. 23 2.3.4. Phương pháp đánh giá cảm quan .............................................................. 28 2.3.5. Khảo sát chế độ thanh trùng của bốn sản phẩm nước cà gai leo ................ 30 2.3.6. Phương pháp kiểm tra chỉ tiêu vi sinh vật nước cà gai leo sau khi thanh trùng .......... 33 2.3.7. Xác định các chỉ tiêu hóa lý của bốn sản phẩm nước cà gai leo trước và sau khi thanh trùng .......................................................................................... 34 2.3.8. Xác định các chỉ tiêu hóa học của bốn sản phẩm nước cà gai leo trước và sau khi thanh trùng .................................................................................... 34 2.3.9. Phương pháp xác định màu sắc của các sản phẩm nước cà gai leo trước và sau khi thanh trùng .................................................................................... 34 2.3.10. Phương pháp xử lý thống kê .................................................................. 34 CHƯƠNG 3. KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN .............................. 35 3.1. KẾT QUẢ KHẢO SÁT NGUYÊN LIỆU TẠI QUẢNG NGÃI .................... 35 3.2. KẾT QUẢ HÀM LƯỢNG DỊCH CÀ GAI LEO CÔ ĐẶC TRONG CÔNG THỨC PHỐI CHẾ NƯỚC UỐNG CÀ GAI LEO ....................................... 35 3.3. KẾT QUẢ HÀM LƯỢNG ĐƯỜNG VÀ ACID CITRIC TRONG CÔNG THỨC PHỐI CHẾ NƯỚC UỐNG CÀ GAI LEO CÓ ĐƯỜNG .................. 38 vi 3.4. KẾT QUẢ HÀM LƯỢNG DỊCH CỎ NGỌT VÀ ACID CITRIC TRONG CÔNG THỨC PHỐI CHẾ SẢN PHẨM NƯỚC UỐNG CÀ GAI LEO CÓ BỔ SUNG CỎ NGỌT ............................................................................... 44 3.5 KẾT QUẢ HÀM LƯỢNG ĐƯỜNG KIÊNG ISOMALT TRONG CÔNG THỨC PHỐI CHẾ NƯỚC UỐNG CÓ BỔ SUNG ĐƯỜNG KIÊNG .......... 51 3.6. XÁC ĐỊNH CHẾ ĐỘ THANH TRÙNG SẢN PHẨM NƯỚC CÀ GAI LEO 54 3.6.1. Xác định nhiệt độ thanh trùng sản phẩm nước cà gai leo .......................... 54 3.6.2. Xác định thời gian thanh trùng ................................................................ 58 3.7. KẾT QUẢ CÁC CHỈ TIÊU HÓA HỌC CỦA BỐN SẢN PHẨM NƯỚC CÀ GAI LEO TRƯỚC VÀ SAU KHI THANH TRÙNG .................................. 60 3.8. KẾT QUẢ CHỈ TIÊU HÓA LÝ CỦA NƯỚC CÀ GAI LEO ....................... 62 3.9. PHƯƠNG PHÁP XÁC ĐỊNH MÀU SẮC CỦA CÁC SẢN PHẨM NƯỚC CÀ GAI LEO TRƯỚC VÀ SAU KHI THANH TRÙNG .................................. 62 3.9.1. Màu sắc sản phẩm nước cà gai leo không đường ...................................... 63 3.9.2. Màu sản phẩm nước cà gai leo có đường.................................................. 63 3.9.3. Màu sản phẩm nước cà gai leo bổ sung cỏ ngọt ........................................ 64 3.9.4. Màu sản phẩm nước cà gai leo bổ sung đường kiêng ................................ 64 3.10. KẾT QUẢ ĐÁNH GIÁ CẢM QUAN VỀ MỨC ĐỘ YÊU THÍCH CỦA BỐN SẢN PHẨM NƯỚC UỐNG CÀ GAI LEO ....................................... 66 KẾT LUẬN VÀ ĐỀ NGHỊ ................................................................................ 67 KẾT LUẬN ...................................................................................................... 67 ĐỀ NGHỊ .......................................................................................................... 67 TÀI LIỆU THAM KHẢO ................................................................................. 70 vii DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT ANOVA : Anova Singgle BYT : Bộ Y tế CFU/ml : Colony Forming Units/ml Cs : Cộng sự DRBC : Dichloran - rose bengal chloramphenicol FDA : Food and Drug Administration Cục quản lý Thực phẩm và Dược phẩm Hoa Kỳ GI : Glycaemic Index - chỉ số đường huyết KPH : Không phát hiện LB : Lysogeny Broth MC : Mac Conkey OD : Optical Density – Mật độ quang PCA : Plate Count Agar QCVN : Quy chuẩn Việt Nam SS – agar : Salmonella – shigella TCVN : Tiêu chuẩn Việt Nam UV - VIS : Ultraviolet-visible spectrophotometry viii DANH MỤC BẢNG Bảng 1.1. Độ hòa tan của Solasodine trong các dung môi khác nhau ................... 5 Bảng 1.2. Các chỉ tiêu chất lượng nước ............................................................... 8 Bảng 1.3. Thành phần bổ sung và các chỉ tiêu chất lượng của đường Saccharose . 9 Bảng 1.4. Độ hòa tan của các loại Polyol so với Sucrose (ở 20 oC) ..................... 10 Bảng 1.5. Chỉ tiêu lí - hóa của acid citric ........................................................... 12 Bảng 2.1. Ký hiệu các công thức phối chế hàm lượng đường và acid citric trong sản phẩm nước uống cà gai leo có đường ................................................... 24 Bảng 2.2. Ký hiệu các công thức phối chế hàm lượng dịch cỏ ngọt và acid citric trong sản phẩm nước uống cà gai leo bổ sung cỏ ngọt ................................ 26 Bảng 3.1. Giá trị mật độ quang nguyên liệu qua các ngày .................................. 35 Bảng 3.2. Mô tả cảm quan kết quả khảo sát hàm lượng dịch cà gai leo cô đặc trong 100ml trong sản phẩm nước uống cà gai leo không đường ................ 36 Bảng 3.3. Kết quả đánh giá các chỉ tiêu cảm quan hàm lượng dịch cà gai leo cô đặc trong 100ml trong sản phẩm nước uống cà gai leo không đường .......... 37 Bảng 3.4. Kết quả đánh giá cảm quan hàm lượng đường bổ sung trong điều kiện cố định hàm lượng acid citric 0,01% ......................................................... 38 Bảng 3.5. Kết quả đánh giá các chỉ tiêu cảm quan hàm lượng đường bổ sung trong điều kiện cố định hàm lượng acid citric 0,02% .......................................... 39 Bảng 3.6. Kết quả đánh giá các chỉ tiêu cảm quan hàm lượng đường bổ sung trong điều kiện cố định hàm lượng acid citric 0,03% .......................................... 39 Bảng 3.7. Kết quả đánh giá các chỉ tiêu cảm quan hàm lượng đường bổ sung trong điều kiện cố định hàm lượng acid citric 0,04% .......................................... 40 Bảng 3.8. Kết quả đánh giá chỉ tiêu cảm quan sản phẩm nước uống cà gai leo có đường 41 Bảng 3.9. Mô tả cảm quan các công thức phối chế sản phẩm nước uống cà gai leo có đường ................................................................................................... 42 Bảng 3.10. Kết quả đánh giá các chỉ tiêu cảm quan hàm lượng dịch cỏ ngọt bổ sung trong điều kiện cố định hàm lượng acid citric 0,01% ......................... 44 Bảng 3.11. Kết quả đánh giá các chỉ tiêu cảm quan hàm lượng dịch cỏ ngọt bổ sung trong điều kiện cố định hàm lượng acid citric 0,02% ......................... 45 Bảng 3.12. Kết quả đánh giá các chỉ tiêu cảm quan hàm lượng dịch cỏ ngọt bổ sung trong điều kiện cố định hàm lượng acid citric 0,03% ......................... 46 ix Bảng 3.13. Kết quả đánh giá các chỉ tiêu cảm quan hàm lượng dịch cỏ ngọt bổ sung trong điều kiện cố định hàm lượng acid citric 0,04% ......................... 47 Bảng 3.14. Kết quả đánh giá chỉ tiêu cảm quan sản phẩm nước uống cà gai leo bổ sung cỏ ngọt .............................................................................................. 48 Bảng 3.15. Mô tả cảm quan các công thức phối chế sản phẩm nước uống cà gai leo bổ sung cỏ ngọt ................................................................................... 49 Bảng 3.16. Kết quả đánh giá chỉ tiêu cảm quan hàm lượng đường Isomalt bổ sung trong sản phẩm nước uống cà gai leo bổ sung đường kiêng ........................ 51 Bảng 3.17. Mô tả cảm quan theo hàm lượng đường Isomalt bổ sung trong sản phẩm nước uống cà gai leo bổ sung đường kiêng ....................................... 52 Bảng 3.18. Kết quả đánh giá chỉ tiêu vi sinh của bốn sản phẩm nước uống cà gai leo trước khi thanh trùng ........................................................................... 54 Bảng 3.19. Kết quả đánh giá chỉ tiêu vi sinh của bốn sản phẩm nước uống cà gai leo sau khi thanh trùng trong thời gian 10 phút .......................................... 55 Bảng 3.20. Kết quả đánh giá chỉ tiêu vi sinh của bốn sản phẩm nước uống cà gai leo sau khi thanh trùng trong thời gian 10 phút và bảo quản 10 ngày.......... 57 Bảng 3.21. Kết quả đánh giá chỉ tiêu vi sinh vật bốn sản phẩm nước uống cà gai leo sau khi thanh trùng ở 90 oC trong các khoảng thời gian khác nhau ........ 58 Bảng 3.22. Kết quả đánh giá chỉ tiêu vi sinh vật bốn sản phẩm nước uống cà gai leo sau các thời gian thanh trùng khác nhau ở nhiệt độ 90 oC và sau 10 ngày bảo quản ................................................................................................... 59 Bảng 3.23. Kết quả đo mật độ quang OD206nm của bốn sản phẩm nước uống cà gai leo ............................................................................................................ 60 Bảng 3.24. Một số thông số hóa lý của các sản phẩm nước uống cà gai leo trước khi thanh trùng .......................................................................................... 62 Bảng 3.25. Một số thông số vật lý và hóa lý của các sản phẩm nước uống cà gai leo sau khi thanh trùng .............................................................................. 62 Bảng 3.26. Kết quả đánh giá cảm quan về mức độ yêu thích bốn sản phẩm nước uống cà gai leo .......................................................................................... 66 x DANH MỤC HÌNH ẢNH Hình 1.1. Cây và trái cà gai leo ........................................................................... 3 Hình 1.2. Công thức cấu tạo của Solasodine ........................................................ 6 Hình 1.3.a. Cây cỏ ngọt ....................................................................................... 6 Hình 1.3.b. Cỏ ngọt dạng khô .............................................................................. 6 Hình 1.4. Cấu trúc phân tử Stevioside ................................................................. 7 Hình 1.5. Công thức cấu tạo của Saccharose ........................................................ 9 Hình 1.6. Công thức hóa học của acid citric ...................................................... 11 Hình 1.7. Sơ đồ quy trình công nghệ sản xuất nước uống cà gai leo ................... 13 Hình 1.8. Các sản phẩm từ Công ty Cà gai leo Tuệ Linh .................................... 19 Hình 2.1. Đồ thị biểu hiện phổ hấp thụ của Solasodine trong vùng ánh sáng khả kiến........................................................................................................... 22 Hình 2.2. Sơ đồ bố trí thí nghiệm 5 ................................................................... 30 Hình 2.3. Sơ đồ bố trí thí nghiệm 6 ................................................................... 32 Hình 3.1. Hình ảnh sản phầm nước uống cà gai leo không đường ...................... 37 Hình 3.2. Hình ảnh sản phẩm nước uống cà gai leo có đường ............................ 43 Hình 3.3. Hình ảnh sản phẩm nước uống cà gai leo bổ sung cỏ ngọt .................. 50 Hình 3.4. Hình ảnh nước uống cà gai leo bổ sung đường kiêng .......................... 53 Hình 3.5. Hình ảnh bốn sản phẩm đã nghiên cứu ............................................... 53 Hình 3.6. Sản phẩm nước cà gai leo không đường ............................................. 63 Hình 3.7. Sản phẩm nước cà gai leo có đường ................................................... 63 Hình 3.8. Sản phẩm nước cà gai leo bổ sung cỏ ngọt ......................................... 64 Hình 3.9. Sản phẩm nước cà gai leo bổ sung đường kiêng ................................. 64 Hình 3.10. Hình ảnh nước cà gai leo bổ sung cỏ ngọt và có đường sau 20 ngày bảo quản và bảo quản thường .................................................................... 65 1 MỞ ĐẦU 1. Đặt vấn đề Cà gai leo là một loại thảo dược có nguồn gốc thiên nhiên có công dụng như giải độc, thải độc gan, hỗ trợ điều trị viêm gan, xơ gan… nhờ chứa hợp chất quý thuộc nhóm Alkaloid - Solasodine. Bên cạnh đó, các sản phẩm từ cà gai leo như: Cao đặc, thực phẩm chức năng dạng viên nén hay trà túi lọc có vị tương đối khó tiếp nhận và chưa được phổ biến, nên việc nghiên cứu phát triển thêm các dạng sản phẩm từ cà gai leo và mở rộng đối tượng người tiêu dùng là rất cần thiết. Cùng với sự phát triển của khoa học công nghệ, việc sản xuất ra các sản phẩm thực phẩm chức năng giúp bảo vệ sức khỏe con người hoặc các loại thực phẩm phổ biến có bổ sung các hợp chất phòng ngừa bệnh là điều mà các nhà nghiên cứu đang quan tâm. Hiện nay, sử dụng các thực phẩm chứa các hoạt chất sinh học nguồn gốc từ thực vật và có tác dụng hỗ trợ điều trị bệnh lại không gây ra tác dụng phụ là vấn đề được người tiêu dùng quan tâm. Để phù hợp, tiện lợi và sử dụng cho nhiều đối tượng khác nhau nhằm nâng cao sức khỏe cộng đồng thì sản phẩm nước cà gai leo được nghiên cứu và sản xuất. Bên cạnh đó, để kéo dài thời gian bảo quản cũng như giữ được trạng thái phù hợp cho sản phẩm đồ uống từ thực vật, vấn đề nghiên cứu chế độ thanh trùng nhằm tạo ra sản phẩm đảm bảo về an toàn thực phẩm và kéo dài thời gian bảo quản là cần thiết. Vì thế tôi chọn đề tài: “Nghiên cứu thiết lập quy trình sản xuất nước giải khát đóng chai từ cà gai leo (Solanum hainanense Hance)”. 2. Mục tiêu của đề tài Xây dựng quy trình phát triển sản phẩm thực phẩm chức năng tạo ra nước uống đóng chai chứa hợp chất solasodine tách chiết từ cà gai leo nhằm đa dạng hóa sản phẩm từ cà gai leo, giúp bảo vệ sức khỏe con người và tăng thị hiếu người tiêu dùng. Cụ thể: - Thiết lập công thức phối chế nước uống đóng chai chứa hợp chất solasodine tạo thành các dạng khác nhau, gồm: Nước uống cà gai leo không đường, nước uống cà gai leo có đường, nước uống cà gai leo có bổ sung cỏ ngọt và nước cà gai leo có bổ sung đường kiêng. - Xác định thông số công nghệ trong thanh trùng nước uống đóng chai từ cà gai leo. 2 3. Ý nghĩa khoa học và ý nghĩa thực tiễn của đề tài 3.1. Ý nghĩa khoa học của đề tài Thiết lập được các công thức phối chế sản phẩm nước uống cà gai leo và chế độ thanh trùng thích hợp cho các sản phẩm. Tạo ra sản phẩm nước giải khát chứa hợp chất solasodine giúp bảo vệ sức khỏe cũng như phù hợp với thị hiếu nhiều đối tượng người tiêu dùng. 3.2. Ý nghĩa thực tiễn của đề tài Đa dạng hóa sản phẩm từ cà gai leo. Tạo cơ sở để hoàn thiện quy trình sản xuất nước uống đóng chai và một số sản phẩm dạng cô đặc từ cà gai leo với quy mô công nghiệp. 3 CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN CÁC VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 1.1. TỔNG QUAN VỀ NGUYÊN LIỆU 1.1.1. Giới thiệu về cà gai leo 1.1.1.1. Đặc điểm thực vật cây cà gai leo a. Nguồn gốc và phân bố Cà gai leo (có tên khoa học là Solanum hainanense Hance, hoặc có tên đồng nghĩa là Solanum procumbens Lour, thuộc họ Cà (Solanaceae) và là một loại cây thuốc quý được tìm thấy trong nhiều khu vực của Trung Quốc và Việt Nam. Ngoài ra, cà gai leo còn có nhiều tên gọi địa phương khác như: Cà quánh, cà quạnh, cà quýnh, cà bò, cà cạnh, cà hải nam, cà gai dây [14]. Cà gai leo vốn là một loài cây hoang dại, mọc khắp nơi, ven đường…. Ở Việt Nam cây mọc khắp nơi, miền Trung là nhiều nhất [6]. Cà gai leo mọc rải rác ven rừng, lùm bụi, bãi hoang, ven đường, ở độ cao dưới 300m. Phân bố ở Bắc Giang (Yên Thế), Phú Thọ (Việt Trì), Hà Nội (Bưởi), Hải Phòng, Ninh Bình, Thanh Hoá, Nghệ An, Quảng Trị, Thừa Thiên Huế, Khánh Hoà, Gia Lai (An Khê, Kon Hà Nừng). Ngoài ra, còn có ở Trung Quốc (Hải Nam, Quảng Đông, Quảng Tây) [4]. b. Mô tả thực vật cây cà gai leo Cà gai leo thuộc loại cây thân leo, thân dài từ 0,6 - 1m hay hơn, rất nhiều gai, cành xòa rộng trên phủ lông hình sao. Lá hình trứng hay thuôn, phía gốc lá hình rìu hay hơi tròn, mép lá nguyên hay hơi lượn và khía thùy hai mặt, nhất là mặt dưới phủ lông trắng nhạt, phiến dài 3 - 4cm, rộng 12 - 20mm, có gai, cuống dài 4 - 5mm. Hoa màu trắng tím, nhị vàng, hợp thành chùm 2 - 5 hoa. Quả hình cầu khi chín có màu đỏ, bóng, nhẵn, đường kính 5 - 7mm. Hạt màu vàng, hình thận, có mạng, dài 4mm, rộng 2mm [6]. Hình 1.1. Cây và trái cà gai leo 4 1.1.1.2. Thành phần hóa học và tính chất dược lý của cà gai leo a. Thành phần hóa học của cây cà gai leo Cà gai leo có những thành phần hóa học chủ yếu như: Chất béo, tinh bột, protein, acid hữu cơ và đường khử tự do [9]. Các thành phần có hoạt tính sinh học chính trong S.hainanense là solasodine, solasonin, sarotenoid, coumarin, acid cafeic, acid chlorogenic, β-sitosterol, phytosterol [8]; glycoalkaloid, proline, hydroxyproline, methionine, flavonoid, steroid saponin [11]. b. Tính chất dược lý của cây cà gai leo Theo kinh nghiệm nhân gian, cà gai leo thể hiện khả năng giải độc cơ thể rất mạnh, rễ tươi giã vắt lấy nước uống có thể chữa khỏi độc rắn cắn. Đặc biệt theo sách “Những cây thuốc và vị thuốc Việt Nam” của GS.TS. Đỗ Tất Lợi thì chỉ cần chà răng hoặc ngậm rễ cà gai leo có thể giải rượu rất tốt [6]. Cà gai leo đã được sử dụng để kháng oxy hóa, chống histaminemia và điều trị rắn cắn [7]. Gần đây, nó đã được báo cáo là có hiệu quả trong việc bảo vệ gan. Cà gai leo là dược liệu được chứng minh có tác dụng chặn xơ gan rõ rệt thông qua việc ức chế sự tạo thành collagen [10]. Hơn nữa, chiết xuất từ S. hainanense Hance cũng có tác dụng phòng chống viêm và xơ gan thực nghiệm ở chuột cống độc bởi CCl4 [10]. Dịch trích ly S. hainanense có thể bảo vệ gan của những con chuột trắng nhiễm độc liên quan đến phơi nhiễm kéo dài với trinitrotoluene (TNT) và liều nhỏ của TNT [8]. Cà gai leo đã được bào chế và kiểm chứng có hiệu quả điều trị lâm sàng trên bệnh nhân viêm gan B mạn tính thể hoạt động [3]. Thuốc "haina" được bào chế từ S. hainanense có tác dụng tích cực đối với bệnh nhân viêm gan B [3]. Cà gai leo có tác dụng chống viêm cấp trên mô hình gây phù thực nghiệm bằng cao hư, chống viêm mãn trên mô hình gây u hạt thực nghiệm bằng amian trên chuột cống trắng, đồng thời gây teo tuyến ức trên chuột cống non [11]. Ngoài ra, còn có những công trình nghiên cứu khác chứng minh cà gai leo có tác dụng kháng viêm, giảm đau, giảm sự phát triển của quá trình xơ trong xơ gan thực nghiệm trên chuột. Trong những năm gần đây, vấn đề gốc tự do và các chứng bệnh gây ra do quá trình peroxide hóa lipid gia tăng như lão hóa, viêm hoại tử tế bào, ung thư... được các nhà khoa học đặc biệt quan tâm. Nguyễn Thị Bích Thu và cs (2001) đã khảo sát tác dụng chống oxy hóa của cà gai leo. Kết quả khảo sát sơ bộ cho thấy dịch chiết glycoalkaloid toàn phần có hoạt tính chống oxy hóa mạnh. Những kết quả thu được góp phần giải thích cơ chế tác dụng kháng viêm, bảo vệ gan của chế phẩm Haina [10]. Cà gai leo có khả năng làm giảm, ức chế virus có trong máu của bệnh nhân mắc viêm gan virus B, thậm chí trường hợp âm tính virus. Cà gai leo đã được chứng minh có thể ngăn chặn xơ gan và hạ men gan nhanh. Trong điều trị các triệu chứng cơ năng của viêm 5 gan B mãn tính như: Vàng da, vàng mắt, đau tức hạ sườn phải, kém ăn mệt mỏi thì cà gai leo thể hiện sự ưu việt tuyệt đối so với các dược liệu đã biết từ trước đến nay [15]. 1.1.1.3. Hợp chất Solasodine a. Tính chất vật lý [16] - Ở dạng tinh khiết, Solasodine là chất rắn ở dạng bột, màu trắng, có cấu trúc tinh thể hình lục giác. - Nhiệt độ nóng chảy 200 – 202 oC. - Điểm sôi 537,9oC tại 760mmHg. - UV max (trong MeOH) là 206nm [12]. b. Tính chất hóa học [12] - Công thức hóa học: C27H43NO2 - Tên khoa học: Spirosol-5-en-3P-01; solasod-5en-3P-ol. - Solasodine là một Alkaloid steroid được phân lập từ các Solanum khác nhau. - Độ hòa tan: dễ tan trong benzen; pyridin và chloroform; tan vừa trong methanol, ethanol và nước; không hòa tan trong ether. Độ hòa tan của solasodine được thể hiện cụ thể ở bảng 1.1. Bảng 1.1. Độ hòa tan của Solasodine trong các dung môi khác nhau [12] STT Dung môi Độ hòa tan (mg/ml, 30oC) 1 Choloroform Hòa tan hoàn toàn 2 Pyridine Hòa tan hoàn toàn 3 Benzene Hòa tan hoàn toàn 4 Methanol 9,5 5 Ethanol 95% 5,0 6 Acetone 3,5 7 n-Hexane <1,0 8 Water <1,0 9 Ether Không tan 6 - Công thức cấu tạo Hình 1.2. Công thức cấu tạo của Solasodine [12] Solasodine là một loại steroid alkaloid có trong các cây họ Cà (Solanaceae). Vì vậy, chúng có tính base do sự có mặt của nguyên tử nitơ. Nhưng độ kiềm của alkaloid không giống nhau do ảnh hưởng khác nhau của lớp điện tích nguyên tử nitơ gây ra và ảnh hưởng của các nhóm chức khác. Solasodine có thể thay thế cho diosgenin để tổng hợp các loại hormon steroid khác nhau [6]. 1.1.2. Cỏ ngọt 1.1.2.1. Giới thiệu [17] Cỏ ngọt (Stevia, Sweetleaf, candyleaf, Sweet herb of Paraguay) còn được gọi là Cỏ đường, Cỏ mật hoặc Cúc ngọt, có nguồn gốc ở thung lũng Rio Monday nằm về phía Đông Bắc của xứ Panama, Nam Mỹ. Vào thế kỷ XVI, các thủy thủ Tây Ban Nha đã từng đề cập đến sự hiện diện của loại thảo mộc này rồi. Nhưng phải chờ đến năm 1888, nhà thực vật học người Paraguay là Moises Santiago Bertoni mới phân loại và chính thức đặt tên gọi nó là Stevia rebaudiana Bertoni. Từ cả ngàn năm nay, họ đã dùng loại thảo mộc này để làm dịu ngọt các thức ăn, đồ uống có tính đắng, và cũng để chữa trị một số bệnh như béo phì, tim, cao huyết áp, vv… Hình 1.3.a. Cây cỏ ngọt Hình 1.3.b. Cỏ ngọt dạng khô Cỏ ngọt là cây lưu niên bán nhiệt đới, thuộc họ Cúc Asteraceae (Compositae). Stevia rebaudiana Bertoni là một trong số 154 loại Cỏ ngọt thuộc dòng Stevia. Cây cỏ ngọt mọc thành bụi, cao tới 75cm lúc trưởng thành, thân và cành tròn, thân non có màu xanh, thân già màu nâu, bản lá dài 5-7 cm, có mép hình răng cưa. Hoa nhỏ màu trắng, 7 phấn hoa có thể gây dị ứng, chất ngọt tập trung trong lá, lá già ở dưới thấp chứa nhiều chất ngọt hơn lá non ở phía trên cao, chất ngọt trong lá giảm đi khi cây trổ hoa vào tháng 9. Ngày nay, cây Cỏ ngọt được trồng tại rất nhiều quốc gia như: Brazil, Argentina, Paraguay, Mexico, Nhật Bản, Trung Quốc, Đài Loan, Hàn Quốc, Thái Lan, Việt Nam, Israel, và Hoa Kỳ. Riêng Canada, cây Stevia cũng được thấy trồng ở các tỉnh bang Alberta, British Columbia, Ontario và Quebec. Bộ Canh Nông và Thực phẩm Canada cũng có trồng thí nghiệm loại thảo mộc này tại nông trại thực nghiệm Delhi (Ontario). 1.1.2.2. Thành phần hóa học Cỏ ngọt (Stevia) là một chất làm ngọt được FDA chấp thuận và đang trở thành chất tạo ngọt ngày càng được sử dụng phổ biến trong nhiều loại thực phẩm và đồ uống bởi nó không chứa calo. Lá cỏ ngọt Stevia chứa: 58% chất khô (6,2% protein; 5,6% chất béo; 52,8% carbohydrate; 15% Stevioside) và khoảng 42% chất hòa tan trong nước. Qua các nghiên cứu và thử nghiệm cho thấy trong lá cỏ ngọt có chứa các thành phần glycoside – hàm lượng đường rất cao mà không gây độc hại, không sản xuất phức tạp, thu hái đơn giản, dễ dàng sử dụng mà không gây ô nhiễm môi trường, không có tác dụng phụ, mọi lứa tuổi đều sử dụng được [18]. Bột lá cỏ ngọt khô dùng làm trà, có thể có vị ngọt gắp 30 lần vị ngọt của đường cát, dạng lỏng là những dịch chiết có thể ngọt 70 lần hơn đường, tốt nhất là bột tinh chất màu trắng trích từ lá Cỏ ngọt và có chứa chất rebaudioside A và steviosid. Nhiều người nói rằng vị ngọt của Stevia thường để lại hậu hơi đắng [17]. Hình 1.4. Cấu trúc phân tử Stevioside [18] Về phương diện hóa học Stevia là những diterpenoid glycosides và gồm có 4 loại chính: stevioside (5 - 10%), rebaudioside A (2 - 4%), rebaudioside C (1 - 2%), và dulcoside A (0,5 – 1%). Hai loại phụ là rebaudioside D và E. Chất ngọt Stevioside có vị ngọt gấp 300 lần hơn đường thường (saccharose, sucrose), đặc biệt là không tạo calorie và rất ổn định ở nhiệt độ cao 198oC, hầu như không trở nên xậm màu, và cũng không trở thành đường caramel đặc kẹo [17]. 8 1.1.2.3. Công dụng [18] Cây cỏ ngọt được dùng hàng ngày với nhiều công dụng, nhưng có hiệu quả vượt trội được ghi nhận trong các trường hợp: Ổn định đường huyết cho người bệnh tiểu đường; Phòng chống các bệnh về tim mạch (đột quỵ, huyết áp…); Đường dành cho người ăn kiêng (tiểu đường, giảm cân…). Ngoài ra, Stevia cũng có tác dụng chống viêm, chống ung thư, lợi tiểu và tác dụng điều hòa miễn dịch. 1.1.3. Các nguyên liệu khác 1.1.3.1. Nước Nước là thành phần không thể thiếu trong các sản phẩm nước giải khát, giữ vai trò quan trọng trong việc hình thành vị của sản phẩm, vì thế, nước dùng trong chế biến nước giải khát phải có chất lượng tốt, đảm bảo chỉ tiêu do Bộ Y tế quy định. Bảng 1.2. Các chỉ tiêu chất lượng nước (TCVN 5501-1991) Tên chỉ tiêu Mức chất lượng Chỉ tiêu cảm quan Không màu, không mùi, không vị Chỉ tiêu hóa học Độ trong >100cm Độ đục <1,5g/l Độ màu (Độ Coban) <5 Hàm lượng cặn không tan <10mg/l Hàm lượng cặn hòa tan <500mg/l Độ pH 6 - 8,5 Độ cứng toàn phần <300mg CaCO3/l Hàm lượng Clo tự do <0,3mg/l Hàm lượng Nitrit <0,1mg/l 2+ 3+ Hàm lượng Sắt tổng số, (Fe + Fe ) <0,3mg/l Hàm lượng thủy ngân <0,01mg/l Chỉ tiêu vi sinh Tổng số vi khuẩn hiếu khí <200 khuẩn lạc/1ml Tổng số Coliform, khuẩn lạc/100ml Không được có Coliform phân, khuẩn lạc/100ml Không được có