Các hợp chất hóa học và đặc tính chống oxy hóa của rượu vang lên men từ 2 loài thanh long (Hylocereus undatus và Hylocereus polyrhizus)

Giải thưởng Sinh viên nghiên cứu khoa học Euréka lần 20 năm 2018 Kỷ yếu khoa học 228 CÁC HỢP CHẤT HÓA HỌC VÀ ĐẶC TÍNH CHỐNG OXY HÓA CỦA RƯỢU VANG LÊN MEN TỪ 2 LOÀI THANH LONG (HYLOCEREUS UNDATUS VÀ HYLOCEREUS POLYRHIZUS) Lê Thị Hà Thanh* Trường Đại học Quốc tế – Đại học Quốc gia TP. Hồ Chí Minh *Tác giả liên lạc: hathanh.le12@gmail.com TÓM TẮT Thanh long là một trong những loại trái cây nhiệt đới phổ biến nhất được trồng ở Việt Nam, là nguồn cung cấp chất dinh dưỡng tốt, thanh long có khả năng cải thiện sức khỏe và ngăn ngừa bệnh tật. Vỏ thanh long mặc dù chứa nhiều chất chống oxy hóa tốt cho sức khỏe hiện nay vẫn chỉ được coi là phế phẩm và chưa có sự tận dụng hợp lý. Nhằm nâng cao giá trị của thanh long trên thị trường và để tận dụng nguồn vỏ phế phẩm, nghiên cứu này được thực hiện nhằm đánh giá xây dựng qui trình công nghệ sản xuất rượu thanh long có bổ sung thêm vỏ và đánh giá chất lượng thành phẩm. Trong báo cáo này, hai loài thanh long ruột trắng và ruột đỏ, tương ứng là Hylocereus undatus và Hylocereus polyrhizus, được sử dụng để nghiên cứu. Quá trình lên men được thực hiện ở 20, 25 và 30oC cho đến khi hàm lượng cồn đạt vào khoảng 10%. Các thí nghiệm về hoạt tính chống oxy hóa, tổng hàm lượng phenolic, betacyanin và vitamin C được tiến hành nghiên cứu, kiểm tra nhằm đưa ra sự đánh giá giữa các loại rượu vang cũng như giữa ba nhiệt độ lên men khác nhau. Kết quả cuối cùng cho thấy rằng rượu vang lên men từ loài H. polyrhizus chứa nhiều dưỡng chất hóa học và sinh học hơn so với loài H. undatus. Sự bổ sung vỏ trong quá trình lên men giúp làm tăng đáng kể các giá trị dinh dưỡng và khả năng chống oxy hóa cho sản phẩm. Các phân tích cũng chỉ ra rằng 25°C là nhiệt độ thích hợp nhất để sản xuất rượu vang với chất lượng cao có hàm lượng các chất có hoạt tính sinh học cao nhất. Từ khóa: Betacyanins, chất chống oxy hóa, lên men. CHEMICAL COMPOUNDS AND ANTIOXIDANT PROPERTIES OF THE WINES PREPARED FROM DRAGON FRUITS (HYLOCEREUS UNDATUS AND HYLOCEREUS POLYRHIZUS) Le Thi Ha Thanh* International University – VNU Ho Chi Minh City *Corresponding Author: hathanh.le12@gmail.com ABSTRACT Dragon fruits have been one of the most common tropical fruits cultivated in Vietnam. Being a good source of nutrients, dragon fruit exhibits the ability to improve health and prevent diseases. Its fermented beverage is one of the most successful derived products. Fermented dragon fruit juice can help increase the amount of health-benefit bioactive compounds such as phytosterols, betacyanin, phenolics and flavonoids present in the juice. In this research, two species of dragon fruit, Hylocereus undatus and Hylocereus polyrhizus, were used to make the fermented wines. There were four types of wine made in total, the white- fleshed dragon fruit wine, the white-fleshed dragon fruit wine with the inclusion Giải thưởng Sinh viên nghiên cứu khoa học Euréka lần 20 năm 2018 Kỷ yếu khoa học 229 of the peel, the red-fleshed dragon fruit wine, and the red-fleshed dragon fruit wine with the inclusion of the peel. The fermentation process occurred at 20, 25 and 30oC until the final alcoholic content reached approximately 10%. Experiments on antioxidant activity, total phenolic, betacyanin, and vitamin C content were conducted for the evaluation between different types of wines as well as the three fermenting temperatures. The final results showed that fermented wines of H. polyrhizus species contained higher amount of the nutritional chemicals compounds. The inclusion of the peel also helped increase these values when compared to the wines made without it in the same species. Keywords: Betacyanins, antioxidants, fermentation. TỔNG QUAN Thanh long là một loài cây thuộc chi Hylocereus, họ xương rồng (Cactaceae). Thanh long có có nhiều loại phân hóa ra từ ba loài chính bao gồm thanh long ruột trắng vỏ hồng (H. undatus), thanh long ruột đỏ vỏ hồng (H. polyrhizus), và thanh long ruột trắng vỏ vàng (H. megalanthus). Ở Việt Nam, có hơn 40 giống cây thanh long, 95% trong số đó thuộc về H. undatus trong khi 5% còn lại là từ H. polyrhizus. Chúng được trồng chủ yếu ở đồng bằng sông Hồng và một phần miền Nam Việt Nam. Ngoài ra, một trong những phế phẩm tiềm năng của thanh long mà trong tất cả các nghiên cứu khoa học về rượu vang thanh long chưa đề cập tới là vỏ. Vỏ quả thanh long chiếm khoảng 25% trọng lượng quả và chứa nhiều loại hợp chất hoạt tính sinh học (Lourith & Kanlayavattanakul, 2013). Vỏ thanh long chứa một lượng một lượng lớn các hợp chất phenolic và khả năng chống oxy hóa hơn so với thịt quả (Ruzlan et al., 2008). Một số nghiên cứu cũng chỉ ra rằng vỏ quả thanh long có khả năng chống ung thư tế bào ung thư cao hơn thịt (Wu et al., 2006). Các chất chống oxy hóa trong vỏ quả thanh long bao gồm axit chlorogenic, axit galic và quercetin (Lourith & Kanlayavattanakul, 2013). Ngoài ra, vỏ thanh long sở hữu một màu đỏ hấp dẫn tự nhiên có độ ổn định cao khi qua xử lý nhiệt và hóa chất (Woo et al., 2011). Tuy nhiên, vỏ quả thanh long có vị đắng và do đó rất khó tiêu thụ trực tiếp. Vì vậy, có một tiềm năng lớn trong việc sử dụng vỏ quả thanh long như một thành phần trong chế biến thực phẩm, chẳng hạn như trái cây làm rượu vang. Việc đưa vỏ trái cây vào sản xuất rượu vang đã được chứng minh mang lại nhiều lợi ích cho cả rượu vang nho trắng và đỏ (Cabaroglu et al., 2006). Sự trao đổi và chuyển hóa của vỏ nho trong quá trình lên men làm tăng hàm lượng phenolic và các chất chống oxy hóa khác cũng như cải thiện các đặc tính sinh lý và đặc tính giác quan của rượu vang. NGUYÊN LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP Nguyên liệu Quả thanh long chín được thu mua từ các nhà phân phối thanh long Bình Thuận tại Thành phố Hồ Chí Minh. Quá trình lên men rượu vang được thực hiện theo phương pháp của Nguyễn Phước Minh (2014) với môi trường cấy Saccharomyces cerevisiae RV100 ở tỷ lệ 8x106 tế bào/mL. Quá trình lên men được thực hiện tại các nhiệt độ nghiên cứu 20, 25 và 30oC cho đến khi không có sự thay đổi về tổng chất rắn hòa tan (oBrix). Phương pháp nghiên cứu Cách phân tích tổng hàm lượng phenolic: Lượng phenolic của rượu Giải thưởng Sinh viên nghiên cứu khoa học Euréka lần 20 năm 2018 Kỷ yếu khoa học 230 thanh long được xác định bằng phương pháp Folin –Ciocalteu dựa trên bài báo của Jagtap và Bapat (2015) với 1 số thay đổi nhỏ. Độ hấp thụ được đo ở bước sóng 765 nm bằng máy đo quang phổ. Axit gallic 0.02% được sử dụng để dựng đường chuẩn và kết quả được tính theo đơn vị mg axit gallic (mg GAE) trên 1 lít đồ uống có cồn (mg GAE/L) Cách phân tích khả năng chống oxy hóa (phương pháp DPPH): Phương pháp DPPH được thực hiện dựa trên quy trình từ bài báo của Ruzlan và đồng tác giả (2008) với 1 số thay đổi nhỏ. Độ hấp thụ của hỗn hợp được đo ở bước sóng 517 nm bằng máy quang phổ. Cách phân tích tổng lượng axit ascorbic: Lượng axit ascorbic được xác định bằng quang phổ, sử dụng dung dịch DNPH (Kapur et al., 2012). Độ hấp thụ được đo ở bước sóng 521 nm bằng máy quang phổ. Kết quả thu được trên đơn vị mg axit ascorbic trên 1L dung dịch mẫu (mg AA/L). Cách phân tích tổng lượng betacyanin: Lượng betacyanin của rượu thanh long được xác định bằng máy quang phổ bằng cách pha loãng với dung dịch đệm McIlvaine (pH 6.5) cho đến khi đạt được độ bão hòa 1.00 ± 0.05 (Herbach et al., 2007). Phân tích thống kê số liệu Phân tích thống kê được thực hiện bằng cách sử dụng phần mềm Minitab (phiên bản 17.3.1). Dữ liệu được biểu thị bằng giá trị trung bình và độ lệch chuẩn của mẫu. Phép so sánh Turkey được sử dụng để phân tích sự khác nhau giữa giá trị trung bình với mức ý nghĩa là 95%. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN Thành phần hóa học và tính chất chống oxy hóa của nước ép thanh long từ H. undatus và H. polyrhizus Tổng hàm lượng chất rắn hòa tan là từ 11-12 oBrix và hàm lượng đường là từ 84-94g/L. Các giá trị này nằm trong phạm vi được báo cáo cho các loại nước ép thanh long (Siow & Wong, 2017). Hàm lượng tăng hoặc giảm của những thành phần sau khi thêm vỏ là do sự khác biệt khác biệt trong thành phần hóa học của thịt và vỏ. Giá trị pH và độ axit chuẩn độ nằm trong khoảng 4.1-4.3 và 2.7-4.4 g axit malic/L, tương ứng với báo cáo của Siow và Wong (2017). Đáng chú ý, việc bổ sung vỏ sẽ làm tăng độ pH của cả hai loại hỗn hợp lên men của thanh long ruột trắng và thanh long ruột đỏ nhưng chỉ làm tăng độ axit thanh long ruột đỏ trong khi chỉ số này giảm trong thanh long ruột trắng. Điều này có thể là do sự hiện diện của các axit không thể chuẩn độ trong trái cây, ví dụ như một số axit hữu cơ không có thể trao đổi các ion hiđrô của chúng với các cation kim loại đơn trị (như kali và natri). Các đặc tính hóa học khác được quan tâm trong trái cây là hàm lượng và khả năng hoạt động của các chất chống oxy hóa. Trong nghiên cứu này, hàm lượng của các hợp chất phenolic, betacyanin (sắc tố được tìm thấy trong chi Hylocereus) và vitamin C được phân tích và khả năng chống oxy hóa được đánh giá thông qua khả năng trung hòa DPPH. Nhìn chung, tổng hàm lượng phenolic được coi là chỉ số đầu tiên cho chất chống oxy hóa vì hợp chất phenolic là chất chống oxy hóa chính trong nhiều loại trái cây và rau quả (Matkowski, 2006). Tổng hàm lượng phenolic Các hợp chất phenolic đóng vai trò quan trọng trong phương pháp nghiên cứu rượu vì chúng ảnh hưởng đến các tính cảm quan của rượu cũng như các hoạt động chống oxy hóa. Hàm lượng phenolic trong rượu phụ thuộc vào nhiều yếu tố, cụ thể như: giống trái cây, Giải thưởng Sinh viên nghiên cứu khoa học Euréka lần 20 năm 2018 Kỷ yếu khoa học 231 độ chín và công nghệ lên men rượu. Nghiên cứu này đánh giá tổng hàm lượng phenolic trong rượu được làm từ hai loại thanh long (có vỏ và không có vỏ) tại ba nhiệt độ lên men khác nhau. Ngoài ra, trong quá trình so sánh chi tiết và phân tích, kết quả của nước ép ban đầu cũng được đề cập đến. Tổng hàm lượng betacyanin Betacyanin thuộc nhóm betalain, là các chất tạo màu chứa nitơ có trong thực vật. Trong thanh long, betacyanin tạo ra của màu đỏ đậm trong các loài H. polyrhizus và trong vỏ của H. undatus. Các báo cáo cho thấy hàm lượng betacyanin trong quả thanh long ảnh hưởng đáng kể đến hoạt động chống oxy hóa của thanh long (vì axit betalamic và các nhóm amin mạch vòng trong cấu trúc của chúng) (Liaotrakoon et al., 2013). Ngoài ra, những betacyanin nhất định cũng có chứa cấu trúc phenolic (Wong, Siow, 2015). Do đó, có thể làm tăng tổng hàm lượng phenolic và dẫn đến hoạt tính chống oxy hóa mạnh. Tổng hàm lượng axit ascorbic Axit ascorbic hoặc vitamin C là thực phẩm bổ sung được công nhận cần thiết cho sức khỏe con người. Trong thanh long, bên cạnh betacyanin và các hợp chất phenolic, vitamin C đóng vai trò là chất chống oxy hóa quan trọng nhất. Việc bổ sung vỏ cho cả 2 loại thanh long trắng và đỏ không ảnh hưởng đáng kể đến hàm lượng axit ascorbic của rượu vang, trừ trường hợp rượu vang đỏ lên men ở nhiệt độ 25oC. Sự khác biệt không đáng kể về hàm lượng vitamin C giữa các loại rượu vang trắng có và không có bổ sung vỏ có thể là do nồng độ axit ascorbic thấp trong vỏ, như được báo cáo bởi Taganas và đồng tác giả (2015). Khả năng chống oxy hóa bằng xét nghiệm DPPH Liên quan đến hoạt động chống oxy hóa của rượu vang thanh long, hợp chất phenolic, betacyanins và vitamin C đều có hoạt tính chống oxy hóa mạnh. Tuy nhiên, sự tương quan giữa hàm lượng và hoạt động của chúng có thể không nhất quán. Đó là do thực tế rằng hoạt động chống oxy hóa không chỉ phụ thuộc vào hàm lượng chất mà còn về cấu trúc hóa học của các hợp chất chống oxy hóa. Trong nghiên cứu này, hoạt tính chống oxy hóa của rượu vang thanh long được đánh giá bằng xét nghiệm DPPH, được sử dụng để kiểm tra hoạt động trung hòa các hợp chất oxy căn bản dựa trên khả năng hiđrô hóa các phân tử oxy có trong rượu vang (Sharma, Bhat, 2009). So với hỗn hợp nước ép ban đầu, tất cả bốn loại rượu vang tương ứng lên men ở 25oC cho thấy sự gia tăng đáng kể khả năng chống oxy hóa (tăng 10- 19%). Sự gia tăng khả năng chống oxy hóa sau quá trình lên men là do với sự giải phóng các hợp chất phenolic, vitamin C và các chất chống oxy hóa khác do phản ứng thủy phân vi sinh (Hur et al., 2014). Tuy nhiên, trường hợp tương tự không xảy ra đối với các mẫu lên men ở 20 và 30oC. Đặc biệt, không có sự khác biệt đáng kể hoặc một xu hướng giảm nào trong khả năng trung hòa DPPH được quan sát cho các loại rượu vang trắng và đỏ tương ứng. Cùng với các bằng chứng trên, 25oC có thể được xác nhận lại một lần nữa là nhiệt độ tối ưu cho quá trình lên men rượu vang với hàm lượng và hoạt tính chống oxy hóa cao nhất. Điều này có thể là do sự thay đổi nhiệt độ tối ưu cho sự tăng trưởng của Saccharomyces cerevisiae khi ethanol được chuyển hóa dần trong rượu vang. KẾT LUẬN Trong nghiên cứu này, thành phần hóa học và tính chất chống oxy hóa của rượu vang thanh long được làm từ các Giải thưởng Sinh viên nghiên cứu khoa học Euréka lần 20 năm 2018 Kỷ yếu khoa học 232 loài H. polyrhizus và H. undatus được xét nghiệm và đánh giá. Các tác động của vỏ ngoài và nhiệt độ lên men cũng được nghiên cứu chuyên sâu. Các kết luận sau đây có thể được rút ra: Quá trình lên men của các loại trái cây thanh long làm tăng hàm lượng của một số chất chống oxy hóa và khả năng chống oxy hóa trong rượu vang. Hoạt động trung hòa DPPH, tổng hàm lượng phenolic, betacyanin và vitamin C có kết quả cao hơn trong nước trái cây và ở rượu vang được chế biến từ H. polyrhizus so với loài H. undatus. Việc bổ sung vỏ quả thanh long trong sản xuất rượu vang đem lại có lợi thế cao hơn về tổng hàm lượng và hoạt động chất chống oxy hóa trong rượu vang nếu nhiệt độ lên men được lựa chọn phù hợp. 25oC là phù hợp nhất trong số ba nhiệt độ lên men được điều tra để sản xuất rượu vang có hàm lượng và hoạt tính chống oxy hóa cao nhất. Betacyanin, sắc tố cung cấp màu chính cho rượu vang thanh long, dễ bị phân giải ở nhiệt độ cao và thời gian lên men lâu dài, do đó cần có thêm cách tiếp cận về việc duy trì sắc tố này trong tương lai. TÀI LIỆU THAM KHẢO CHOO, K. Y., KHO, C., ONG, Y. Y., THOO, Y. Y., LIM, R. L. H., TAN, C. P., & HO, C. W. (2018). Studies on the storage stability of fermented red dragon fruit (Hylocereus polyrhizus) drink. Food Science and Biotechnology, 1–7. FOONG, J. H., HON, W. M., & HO, C. W. (2012). Bioactive compounds determination in fermented liquid dragon fruit (Hylocereus polyrhizus). Broneo Science, 31, 38–56. JAGTAP, U. B., & BAPAT, V. A. (2015). Phenolic composition and antioxidant capacity of wine prepared from custard apple (Annona squamosa L.) fruits: Antioxidant capacity of custard apple fruit wine. Journal of Food Processing and Preservation, 39, 175–182. KAPUR, A., HASKOVIĆ, A., ČOPRA-JANIĆIJEVIĆ, A., KLEPO, L., TOPČAGIĆ, A., TAHIROVIĆ, I., & SOFIĆ, E. (2012). Spectrophotometric analysis of total ascorbic acid content in various fruits and vegetables. Bulletin of the Chemists and Technologists of Bosnia and Herzegovina, 38, 39–42. RUZLAN, N., KAMARUDIN, K. R., IDID, S. O., IDID, S. Z., MOHAMED REHAN, A., & KOYA, M. S. (2008). Antioxidant study of pulp and peel of dragon fruits: A comparative study. International Food Research Journal, 17, 367–375.