Tối ưu hóa nhiệt độ và thời gian thanh trùng sản phẩm nước giải khát thuốc dòi bằng phương pháp bề mặt đáp ứng - Nguyễn Duy Tân

An Giang University Journal of Science – 2017, Vol. 18 (6), 12 – 21 12 TỐI ƯU HÓA NHIỆT ĐỘ VÀ THỜI GIAN THANH TRÙNG SẢN PHẨM NƯỚC GIẢI KHÁT THUỐC DÒI BẰNG PHƯƠNG PHÁP BỀ MẶT ĐÁP ỨNG Nguyễn Duy Tân1 1Trường Đại học An Giang Thông tin chung: Ngày nhận bài: 23/05/2017 Ngày nhận kết quả bình duyệt: 25/11/2017 Ngày chấp nhận đăng: 12/2017 Title: An application of response surface method to optimize pasteurization temperature and time of Pouzolzia zeylanica beverage Keywords: Pouzolzia zeylanica plant, bioactive conpounds, beverage, response surface methodology (RSM), optimization, pasteurization Từ khóa: Cây thuốc dòi, hợp chất sinh học, nước giải khát, phương pháp bề mặt đáp ứng, sự tối ưu hóa, thanh trùng ABSTRACT Response surface methodology (RSM) was applied to optimize temperature and time of pasteurization of “thuoc doi” beverage basing on the parameters such as the content of vitamin C, anthocyanin, flavonoid, polyphenol and tannin. The experiment was set with central composite design (CCD) with 23+star for investigating the effects of pasteurization temperature (70 ÷ 90 oC) and time (15 ÷ 35 minutes) on the selected parameters. The results showed that the optimal pasteurization process was obtained at 83 oC for 31 minutes. Consequently, vitamin C, anthocyanin, flavonoid, polyphenol and tannin contents of the product were 60,26 mg/L; 6,18 mg/L; 147,55 mg/L; 312,01 mg/L and 422,95 mg/L, respectively. TÓM TẮT Phương pháp bề mặt đáp ứng (RSM) được sử dụng để tối ưu hóa nhiệt độ và thời gian thanh trùng sản phẩm nước giải khát thuốc dòi dựa vào các chỉ tiêu như hàm lượng vitamin C, anthocyanin, flavonoid, polyphenol và tannin. Thí nghiệm được thiết kế theo kiểu phức hợp điểm tâm (CCD) với mô hình 23+star để khảo sát ảnh hưởng của nhiệt độ (70÷90oC) và thời gian thanh trùng (15÷35 phút) đến các chỉ tiêu được chọn. Kết quả nghiên cứu cho thấy quá trình thanh trùng tối ưu đạt được ở 83oC trong 31 phút. Hàm lượng vitamin C, anthocyanin, flavonoid, polyphenol và tannin trong sản phẩm lần lượt là 60,26 mg/L; 6,18 mg/L; 147,55 mg/L; 312,01 mg/L và 422,95 mg/L. 1. ĐẶT VẤN ĐỀ Cây thuốc dòi có tên khoa học là Pouzolzia zeylanica L. Benn, thuộc họ Gai Urticaceae, rất phổ biến và phát triển tốt trong điều kiện khí hậu ở Việt Nam. Theo Đông y, cây thuốc dòi có vị ngọt, nhạt, tính mát, có tác dụng chỉ khái, tiêu đờm, dùng chữa ho lâu ngày, ho lao, viêm họng, viêm thanh phế quản (Đỗ Tất Lợi, 2004; Võ Văn Chi, 2012). Các nghiên cứu trong và ngoài nước cho thấy, cây thuốc dòi có chứa nhiều hợp chất có hoạt tính sinh học (anthocyanin, flavonoid, polyphenol và tannin) và dịch trích ly từ cây thuốc dòi có tác dụng kháng khuẩn, kháng nấm, chống oxy hóa và khử gốc tự do (Ghani, 2003; Lê Thanh Thủy, 2007; Li et al., 2011; Saha & Paul, 2012a; Paul & Saha, 2012; Saha et al., 2012; Saha & Paul, 2012b; Sarma & Dinda, 2013). Vì vậy, việc nghiên cứu chế biến nước giải khát từ cây thuốc dòi là rất cần thiết để tạo ra sản phẩm tiện ích và có tác dụng hỗ trợ sức khỏe vì có chứa nhiều chất có hoạt tính sinh học. Ngoài việc tìm ra các thông số tối ưu cho quá trình trích ly và phối chế, thì quá trình thanh trùng sản phẩm cũng là một công đoạn An Giang University Journal of Science – 2017, Vol. 18 (6), 12 – 21 13 quan trọng cần được khảo sát để tìm ra nhiệt độ và thời gian thanh trùng tốt nhất cho quy trình chế biến nhằm giữ được hàm lượng vitamin C, anthocyanin, flavonoid, polyphenol và tannin cao nhất. Phương pháp bề mặt đáp ứng RSM trong phần mềm Statgraphic là phương pháp đơn giản để tối ưu hóa các nhân tố được khảo sát với số mẫu được đơn giản đi rất nhiều so với bố trí hai hay ba nhân tố theo kiểu thông thường. Và có thể tìm ra được điểm tối ưu chung cho nhiều hàm mục tiêu cần đạt được. Vì thế, nghiên cứu sử dụng phương pháp này cho việc bố trí khảo sát nhiệt độ và thời gian thanh trùng nước giải khát thuốc dòi. 2. PHƯƠNG TIỆN VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 2.1 Chuẩn bị mẫu thí nghiệm Cây thuốc dòi được trồng tại khu thực nghiệm Trường Đại học An Giang, được thu hoạch với thời gian sinh trưởng 1,5 ÷ 2 tháng (chiều cao đạt 25 - 40 cm). Loại bỏ những cây bị sâu bệnh, vàng úa, rửa sạch và phơi khô đến độ ẩm ≤ 12%. Sau đó, cắt khúc với chiều dài 2 - 3 cm, cho vào bao bì nilong PP, tồn trữ nhiệt độ phòng để sử dụng cho nghiên cứu. Quy trình chế biến: Nguyên liệu thuốc dòi khô  Trích ly  Lọc  Dịch thuốc dòi  Phối chế  Rót chai, đóng nắp  Thanh trùng  Làm nguội  Sản phẩm. Nguyên liệu thuốc dòi khô được trích ly ở nhiệt độ 81 oC trong thời gian 30 phút với tỷ lệ nước/nguyên liệu 27/1 (v/w). Tiến hành lọc thu được dịch trích thuốc dòi, phối chế bằng đường phèn đến 15 oBrix và bằng acid citric/acid ascorbic = 1/1 đến pH 3,6 (kết quả của nghiên cứu trước); rót chai thủy tinh với dung tích 330 ml sau đó đóng nắp để bố trí thí nghiệm thanh trùng. 2.2 Thiết kế thí nghiệm Bước 1: Chọn nhân tố (2, 3 hoặc nhiều hơn) và chọn khoảng khảo sát để tối ưu hóa (thường dựa vào kết quả nghiên cứu thăm dò). Thí nghiệm được tiến hành với 2 nhân tố: nhiệt độ thanh trùng, X1 ( oC): 70 ÷ 90; thời gian thanh trùng, X2 (phút): 15 ÷ 35. Bước 2: Chọn mức độ khảo sát (3 hoặc 5 mức độ) và mô hình thiết kế (nhiều loại mô hình) có sẵn trong phần mềm Statgraphic. Thí nghiệm sử dụng RSM trong phần mền Statgraphic XV để bố trí và tối ưu hóa các nhân tố thí nghiệm. Mỗi nhân tố được khảo sát với 5 mức độ (-α, -1, 0, +1, + α) được tính toán từ việc chạy phần mềm và kết quả được trình bày ở Bảng 1. Thí nghiệm được thiết kế theo mô hình (Central composite design: 22+star). Chọn số lần lặp lại của điểm trung tâm (5 lần) và chạy phần mềm sẽ tìm được số mẫu thí nghiệm (13 mẫu) với bố trí nhiệt độ và thời gian thanh trùng ngẫu nhiên được trình bày ở Bảng 2. Bảng 1. Mã hóa biến và các mức độ khảo sát Nhân tố (Biến) Mã hóa Giá trị -α -1 0 +1 +α Nhiệt độ thanh trùng (oC) X1 66 70 80 90 94 Thời gian thanh trùng (phút) X2 11 15 25 35 39 2.3 Phân tích số liệu Thí nghiệm được thực hiện theo thiết kế như ở Bảng 2. Các hàm mục tiêu như vitamin C, anthocyanin, flavonoid, polyphenol và tannin cũng thu thập theo các mẫu thí nghiệm đã bố trí. Các số liệu thu thập, sử dụng phần mềm để phân tích (ANOVA) với độ khác biệt nhỏ nhất (LSD) ở mức ý nghĩa 95%. Mức độ phù hợp của các mô hình dự đoán cho các hàm mục tiêu được đánh giá thông qua hệ số xác định tương quan R2 và giá trị P của Lack of fit. Mô hình dự đoán cho các hàm mục tiêu có dạng bậc 2 (Phương trình 1). An Giang University Journal of Science – 2017, Vol. 18 (6), 12 – 21 14 (1) Trong đó: Y - chỉ tiêu cần thu nhận; β0 - hằng số; βj - hệ số tuyến tính; βjj - hệ số bình phương; βij - hệ số tương tác; Xi, Xj - các biến khảo sát. 2.4 Phương pháp phân tích các chỉ tiêu Phương pháp phân tích các chỉ tiêu theo dõi: phân tích vitamin C theo phương pháp chuẩn độ (Phạm Thị Hồng Ánh & cs., 2004); phân tích anthocyanin theo phương pháp pH vi sai (Ahmed et al., 2013; Lee et al., 2005); phân tích flavonoid theo phương pháp Aluminium Chloride Colorimetric (Mandal et al., 2013; Eswari et al., 2013); phân tích polyphenol theo phương pháp Folin - Ciocalteau (Hossain et al., 2013); phân tích tannin theo phương pháp Folin-Denis (Laitonjam et al., 2013). 3. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 3.1 Ảnh hưởng của điều kiện thanh trùng đến hàm lượng vitamin C và hợp chất có hoạt tính sinh học Bảng 2. Bố trí thí nghiệm và kết quả phân tích các hàm mục tiêu (vitamin C, anthocyanin, flavonoid, plyphenol và tannin) theo nhiệt độ và thời gian thanh trùng Số mẫu TN Nhiệt độ (oC) Thời gian (phút) Vitamin C (mg/L) Anthocyanin (mg/L) Flavonoid (mg/L) Polyphenol (mg/L) Tannin (mg/L) 1 80 (0) 25 (0) 60,33 6,19 147,15 298,81 422,85 2 80 (0) 25 (0) 60,21 6,16 148,06 302,22 423,15 3 94 (+α) 25 (0) 59,26 6,05 145,28 301,62 417,98 4 70 (-1) 15 (-1) 59,13 6,06 142,55 306,11 422,04 5 90 (+1) 15 (-1) 59,94 6,14 146,34 311,75 422,95 6 80 (0) 25 (0) 60,35 6,18 146,95 312,05 421,98 7 80 (0) 39 (+α) 59,74 6,12 145,46 309,94 421,55 8 70 (-1) 35 (+1) 58,71 6,00 142,05 311,08 420,24 9 66 (-α) 25 (0) 58,15 5,99 139,72 311,81 421,67 10 90 (+1) 35 (+1) 59,85 6,03 143,54 308,65 414,93 11 80 (0) 25 (0) 60,34 6,17 146,58 310,64 422,83 12 80 (0) 25 (0) 60,18 6,18 147,25 306,44 423,01 13 80 (0) 11 (-α) 60,17 6,09 143,87 307,76 419,67 Phân tích Anova dữ liệu ở Bảng 2; vẽ đồ thị bề mặt đáp ứng và contour cho các hàm mục tiêu vitamin C, anthocyanin, flavonoid, polyphenol và tannin; tìm ra phương trình hồi quy cho các hàm mục tiêu. Kết quả được trình bày ở Hình 1, Bảng 3 và Hình 2. Đồ thị bề mặt đáp ứng và contour ở Hình 1 (a, b, c, d và e) cho thấy, nhiệt độ và thời gian thanh trùng đều có ảnh hưởng theo mô hình bậc hai đến hàm lượng vitamin C, anthocyanin, flavonoid, polyphenol và tannin hiện diện trong sản phẩm với giá trị P  0,05. An Giang University Journal of Science – 2017, Vol. 18 (6), 12 – 21 15 Hàm lượng vitamin C của sản phẩm có xu hướng tăng khi tăng nhiệt độ thanh trùng từ 66 – 83 oC và đạt đến giá trị tối ưu 82,62 oC sau đó giảm xuống khi tăng nhiệt độ tiếp tục đến 94 oC. Ngược lại, thời gian thanh trùng có ảnh hưởng theo mô hình bậc hai chưa rõ ràng đến hàm lượng vitamin C, hàm lượng vitamin C giữ ở mức cao trong khoảng thời gian từ 15 ÷ 30 phút và đạt tối ưu ở 22,07 phút. Hàm lượng vitamin C trong sản phẩm giữ được cao nhất là 60,36 mg/L tương ứng với nhiệt độ và thời gian thanh trùng lần lượt là 82,62 oC và 22,07 phút (Hình 1a). Tương tự, hàm lượng anthocyanin trong sản phẩm giữ ở mức cao khi nhiệt độ thanh trùng nằm trong khoảng 81 ÷ 84 oC, tối ưu ở 82,31 oC. Bên cạnh đó, khi kéo dài thời gian thanh trùng hàm lượng anthocyanin có xu hướng duy trì được tốt hơn, hàm lượng anthocyanin giữ ở mức cao trong khoảng thời gian từ 25 ÷ 30 phút và đạt tối ưu ở 27,90 phút. Hàm lượng anthocyanin trong sản phẩm được duy trì cao nhất là 6,18 mg/L tương ứng với nhiệt độ và thời gian thanh trùng lần lượt là 82,31 oC và 27,90 phút (Hình 1b). Nhiệt độ và thời gian thanh trùng có ảnh hưởng theo mô hình bậc hai khá rõ ràng đến hàm lượng flavonoid trong sản phẩm. Hàm lượng flavonoid duy trì ở mức cao khi nhiệt độ thanh trùng nằm trong khoảng 81 ÷ 87 oC, tối ưu ở 84,15 oC. Tương tự như anthocyanin, khi kéo dài thời gian thanh trùng hàm lượng flavonoid có xu hướng tăng, hàm lượng flavonoid duy trì ở mức cao trong khoảng thời gian từ 24 ÷ 32 phút và đạt tối ưu ở 28,62 phút. Hàm lượng flavonoid trong sản phẩm dạt cao nhất là 147,64 mg/L tương ứng với nhiệt độ và thời gian thanh trùng lần lượt là 84,15 oC và 28,62 phút (Hình 1c). Tương tự, nhiệt độ và thời gian thanh trùng cũng có ảnh hưởng theo mô hình bậc hai rõ đến hàm lượng polyphenol trong sản phẩm. Hàm lượng polyphenol sản phẩm giữ ở mức cao khi nhiệt độ thanh trùng nằm trong khoảng 82 ÷ 87 oC, tối ưu ở 84,53 oC. Khi kéo dài thời gian thanh trùng hàm lượng polyphenol có xu hướng duy trì được tốt hơn, hàm lượng polyphenol giữ ở mức cao trong khoảng thời gian từ 26 ÷ 32 phút và đạt tối ưu ở 28,61 phút. Hàm lượng polyphenol đạt giá trị tối ưu là 312,22 mg/L tương ứng với nhiệt độ và thời gian thanh trùng lần lượt là 84,53 oC và 28,61 phút (Hình 1d). Ngược lại, đồ thị bề mặt đáp ứng và contour ở Hình 1e cho thấy, nhiệt độ và thời gian thanh trùng có ảnh hưởng theo mô hình bậc hai chưa rõ đến hàm lượng tannin trong sản phẩm. Hàm lượng tannin có xu hướng giảm khi tăng nhiệt độ và kéo dài thời gian thanh trùng. Hàm lượng tannin trong sản phẩm đạt giá trị tối ưu là 423,04 mg/L tương ứng với nhiệt độ và thời gian thanh trùng lần lượt là 80,35 oC và 30,33 phút. Kết quả trên cho thấy, khi thanh trùng sản phẩm với nhiệt độ thấp dưới 75 oC và thời gian ngắn có thể chưa tiêu diệt được hết vi sinh vật trong sản phẩm nên hàm lượng vitamin C và các hoạt chất sinh học có thể bị phân hủy do vi vật còn lại trong sản phẩm (vì mẫu được để ổn định sau 1 ngày mới tiến hành phân tích). Ngược lại, các mẫu được thanh trùng ở nhiệt độ từ 90 oC trở lên với thời gian dài trên 20 phút thì hàm lượng các hợp chất sinh học trong sản phẩm giảm đi. Điều này là do các hợp chất sinh học vitamin C, anthocyanin, flavonoid, polyphenol và tannin có tính chất nhạy cảm với nhiệt độ cao và thời gian xử lý nhiệt dài (Hà Duyên Tư & Vũ Hồng Sơn, 2009). Nhiều nghiên cứu chỉ ra rằng, quá trình thanh trùng nhiệt có thể làm giảm hợp chất phenolic trong hầu hết nước quả (Chen et al., 2013). Noci et al. (2008) quan sát thấy có sự phân hủy hợp chất phenolic trong nước táo thanh trùng ở 94 oC nhiều hơn khi thanh trùng ở 72 oC. Cũng như thế, thời gian thanh trùng được xem là nhân tố quan trọng có ảnh hưởng lên sự phân hủy hợp chất phenolic trong nước quả. Odrizola - Serrano et al. (2008) cho thấy khi thanh trùng nước quả dâu tây ở 90 oC trong 1 phút dẫn đến sự phân hủy hợp chất phenolic nhiều hơn trong 30 giây. An Giang University Journal of Science – 2017, Vol. 18 (6), 12 – 21 16 (a) (b) (c) (d) (e) Hình 1. Đồ thị bề mặt đáp ứng và contour thể hiện mối tương quan giữa hàm lượng vitamin C (a), anthocyanin (b), flavonoid (c), polyphenol (d) và tannin (e) theo nhiệt độ và thời gian thanh trùng. Kết quả phân tích thống kê ANOVA cho thấy, mô hình tương quan xây dựng với các hệ số tuyến tính, tương tác và bình phương của hai nhân tố nhiệt độ và thời gian thanh trùng đều có ảnh hưởng đến hàm lượng vitamin C, anthocyanin, flavonoid, polyphenol và tannin trong sản phẩm với P-value ≤ 0,05 (Bảng 3). Phương trình dự đoán hàm lượng vitamin C (2) cho thấy, các hệ số tuyến tính của nhân tố nhiệt độ, tương tác giữa nhiệt độ và thời gian có quan hệ tỷ lệ thuận với hàm lượng vitamin C. Ngược lại đối với các hệ số tuyến tính của thời gian, bình phương của nhiệt độ, thời gian có quan hệ tỷ lệ nghịch với hàm lượng vitamin C trong sản phẩm sau khi thanh trùng. Tương tự, phương trình dự đoán hàm lượng anthocyanin (3) cho thấy, các hệ số tuyến tính của nhân tố nhiệt độ, tương tác của nhiệt độ và thời gian có quan hệ tỷ lệ thuận với hàm lượng anthocyanin. Ngược lại đối với các hệ số tuyến tính của thời gian, bình phương của nhiệt độ và thời gian có quan hệ tỷ lệ nghịch với hàm lượng anthocyanin. Phương trình dự đoán hàm An Giang University Journal of Science – 2017, Vol. 18 (6), 12 – 21 17 lượng flavonoid (4) cho thấy, các hệ số tuyến tính của nhân tố nhiệt độ, thời gian và tương tác của nhiệt độ và thời gian có quan hệ tỷ lệ thuận với hàm lượng flavonoid. Ngược lại đối với các hệ số bình phương của nhiệt độ và thời gian có quan hệ tỷ lệ nghịch với hàm lượng flavonoid. Phương trình dự đoán hàm lượng polyphenol (5) cho thấy, các hệ số tuyến tính của nhân tố nhiệt độ, thời gian và tương tác giữa nhiệt độ và thời gian có quan hệ tỷ lệ thuận với hàm lượng polyphenol. Ngược lại đối với các hệ số bình phương của nhiệt độ và thời gian có quan hệ tỷ lệ nghịch với hàm lượng polyphenol. Phương trình dự đoán hàm lượng tannin (6) cho thấy, các hệ số tuyến tính của nhân tố nhiệt độ, tương tác giữa nhiệt độ và thời gian có quan hệ tỷ lệ thuận với hàm lượng tannin. Ngược lại đối với các hệ số tuyến tính của thời gian, bình phương của nhiệt độ và thời gian có quan hệ tỷ lệ nghịch với hàm lượng tannin (Bảng 3). Bảng 3. Kết quả phân tích Anova và hệ số tuyến tính, tương tác và bình phương của các phương trình hồi quy để dự đoán hàm lượng các hợp chất sinh học. Hệ số Giá trị thực tế của các phương trình Anthocyanin Flavonoid Polyphenol Tannin Vitamin C Constant 1,5006 Pvalue -8,4599 Pvalue 35,7370 Pvalue 374,811 Pvalue 9,4804 Pvalue X1 0,1186 0,0038 3,7015 0,0010 6,4975 0,0004 1,6882 0,0017 1,2427 0,0001 X2 -0,0145 0,0457 0,0254 0,0421 0,1292 0,0409 -1,2923 0,0024 -0,0417 0,0146 X1X1 -0,0008 0,0001 -0,0234 0,0003 -0,0405 0,0002 -0,0151 0,0009 -0,0077 0,0000 X1X2 0,0004 0,0017 0,0083 0,0390 0,0120 0,0484 0,0255 0,0004 0,0013 0,0339 X2X2 -0,0004 0,0010 -0,0126 0,0037 -0,0199 0,0035 -0,0112 0,0029 -0,0014 0,0091 Lack-of-fit 0,7930 0,5013 0,9923 0,1756 0,2498 R-squared 98,9471 97,2370 98,6930 96,3356 98,8810 Ghi chú: X1 - nhiệt độ thanh trùng; X2 - thời gian thanh trùng Theo Zabeti et al. (2009), mô hình tương quan tốt cần có sự phù hợp giữa số liệu thực tế và lý thuyết, vì vậy mô hình xây dựng với kiểm định Lack of fit (sự không phù hợp) không có ý nghĩa thống kê là điều cần thiết (P  0,05). Ngoài ra, mô hình tương quan tốt cần có hệ số xác định tương quan R2 lớn hơn 0,8 (Guan & Yao, 2008). Trong nghiên cứu này, các mô hình được xây dựng từ thí nghiệm đã thỏa các điều kiện với hệ số xác định tương quan R2  0,9633 và giá trị P của Lack of fit  0,1756. Vì vậy có thể khẳng định, các mô hình có đủ độ chính xác để sử dụng dự đoán mối tương quan của các nhân tố với hàm lượng vitamin C, anthocyanin, flavonoid, polyphenol, tannin; sự phù hợp giữa số liệu thực nghiệm và dự đoán của hàm lượng vitamin C, anthocyanin, flavonoid, polyphenol và tannin (Hình 2). An Giang University Journal of Science – 2017, Vol. 18 (6), 12 – 21 18 y = 0,988x + 0,661 R² = 0,988 58 58,5 59 59,5 60 60,5 58 58,5 59 59,5 60 60,5 H L V it a m in C d ự đ o á n ( m g /L ) Hàm lượng Vitamin C thực nghiệm (mg/L) y = 0,989x + 0,064 R² = 0,989 5,95 6 6,05 6,1 6,15 6,2 5,95 6 6,05 6,1 6,15 6,2 H L . A n th o cy a n i d ự đ o á n ( m g /L ) Hàm lượng Anthocyanin thực nghiệm (mg/L) (a) (b) y = 0,972x + 4,004 R² = 0,972 139 141 143 145 147 149 138 140 142 144 146 148 150 H L . F la v o n o id d ự đ o á n (m g /L ) Hàm lượng Flavonoid thực nghiệm (mg/L) y = 0,986x + 4,022 R² = 0,986 296 298 300 302 304 306 308 310 312 314 295 300 305 310 315 H L . P o ly p h en o l d ự đ o á n ( m g /L ) Hàm lượng Polyphenol thực nghiệm (mg/L) (c) (d) y = 0,963x + 15,45 R² = 0,963 414 415 416 417 418 419 420 421 422 423 424 414 416 418 420 422 424 H L . T a n n in d ự đ o á n (m g /L ) Hàm lượng Tannin thực nghiệm (mg/L) (e) Hình 2. Đồ thị thể hiện mối tương quan giữa hàm lượng vitamin C (a), anthocyanin (b), flavonoid (c), polyphenol (d) và tannin (d) giữa thực nghiệm và dự đoán từ mô hình. 3.2 Tối ưu hóa đồng thời nhiều bề mặt đáp ứng của các hàm mục tiêu vitamin C, anthocyanin, flavonoid, polyphenol và tannin trong quá trình thanh trùng Tối ưu hóa đồng thời nhiều bề mặt đáp ứng có thể là quan điểm chính cho ứng dụng trong công nghiệp, đặc biệt là giá trị năng lượng của quá trình giảm đáng kể khi các thông số của quá trình được tối ưu hóa (Spigno et al., 2007; Tsai et al., 2010). Các biến phụ thuộc bao gồm hàm lượng vitamin C, anthocyanin, flavonoid, polyphenol và tannin được tối ưu hóa riêng lẻ và chúng có các thông số nhiệt độ và thời gian thanh trùng tối ưu riêng (Bảng 4). An Giang University Journal of Science – 2017, Vol. 18 (6), 12 – 21 19 Bảng 4. Kết quả tối ưu hóa của từng hàm mục tiêu riêng lẻ Stt Hàm mục tiêu Giá trị tối ưu tìm được Nhiệt độ thanh trùng (oC) Thời gian thanh trùng (phút) 1 Vitamin C (mg/L) 60,36 82,61 22,07 2 Anthocyanin (mg/L) 6,18 82,31 27,9 3 Flavonoid (mg/L) 147,64 84,15 28,62 4 Polyphenol (mg/L) 312,22 84,53 28,61 5 Tannin (mg/L) 423,04 80,35 30,33 Vì vậy, hàm mong đợi trong phương pháp bề mặt đáp ứng (RSM) được sử dụng thông qua phần mền Statgraphic XV nhằm cho thấy được sự kết hợp giữa các thông số nhiệt độ và thời gian thanh trùng của nhiều bề mặt đáp ứng của từng hàm mục tiêu. Kết quả tối ưu hóa chung cho các hàm mục tiêu được thể hiện qua đồ thị contour (Hình 3) và thông số tối ưu chung thể hiện ở dấu sao (+) trên hình. Hình 3. Đồ thị contour thể hiện điểm tối ưu hóa chung (dấu chữ thập) của nhiệt độ và thời gian thanh trùng cho các hàm mục tiêu. Thông số thanh trùng tối ưu hóa chung đạt được từ mô hình là: nhiệt độ 82,96 oC, thời gian 30,51 phút . Kết quả nghiên cứu của Nguyễn Duy Tân và Đống Thị Anh Đào (2012), chế độ thanh trùng cho nước giải khát từ bắp cải tím là 85 oC trong thời gian 20 phút. Điều này cho thấy khi thanh trùng ở nhiệt độ thấp thời gian được kéo dài. Giá trị của các hàm mục tiêu về hàm lượng vitamin C, anthocyanin, flavonoid, polyphenol và tannin tìm được trình bày ở Bảng 5. Bảng 5. Giá trị tối ưu của các hàm mục tiêu theo nhiệt độ và thời gian thanh trùng tìm được từ mô hình dự đoán Stt Hàm mục tiêu Giá trị tối ưu Nhiệt độ (oC) Thời gian (phút) 1 Vitamin C (mg/L) 60,26 82,96 30,51 2 Anthocyanin (mg/L) 6,18 3 Flavonoid (mg/L) 147,55 An Giang University Journal of Science – 2017, Vol. 18 (6), 12 – 21 20 Stt Hàm mục tiêu Giá trị tối ưu Nhiệt độ (oC) Thời gian (phút) 4 Polyphenol (mg/L) 312,01 5 Tannin (mg/L) 422,95 4. KẾT LUẬN Nghiên cứu đã tìm được thông số thanh trùng tối ưu chung cho các hàm mục tiêu: vitamin C, anthocyanin, flavonoid, polyphenol và tannin là 83 oC trong 31 phút. Với điều kiện thanh trùng này, sản phẩm nước giải khát thuốc dòi giữ được hàm lượng vitamin C, anthocyanin, flavonoid, polyphenol và tannin ở mức độ cao nhất. TÀI LIỆU THAM KHẢO Ahmed, J.K., Salih, H.A.M. & Hadi, A.G. (2013). Anthocyanin in red beet juice act as scavenger for heavy metals ions such as lead and cadmium. International Jouranl of Science and Technology, 2 (3): 269 - 273. Chen, Y.; Yu, L.J.; Rupasinghe, H.P.V. (2013). Effect of thermal and non-thermal pasteurisation on the microbial inactivation and phenolic degradation in fruit juice: A mini-review. Journal Sci. Food Agric., 93, 981 - 986. Đỗ Tất Lợi. (2005). Những cây thuốc và vị thuốc Việt Nam. Hà Nội: Nhà xuất bản Y học. Eswari, M.L., Bharathi, R.V. & Jayshree, N. (2013). Preliminary phytochemical screening and heavy metal analysis of leaf extracts of Ziziphus oenoplia (L) Mill. Gard. International Journal of Pharmaceutical Sciences and Drug Research, 5 (1): 38 - 40. Ghani. (2003). Medicinal plants of Bangladesh: Chemical constituents and uses. Dhaka: The Asiatic Society of Bangladesh. Guan, X. & Yao, H. (2008). Optimization of viscozyme L assisted extraction of oat bran protein using response surface methodology. Food Chemistry, 106, 345 - 351. Hossain, M.A., Raqmi, K.A.S., Mijizy, Z.H., Weli A.M. & Riyami, Q. (2013). Study of total phenol, flavonoids contents and phytochemical sreening of various leaves crude extracts of locally grown Thymus vularis. Asian Pacific Journal of Tropical Biomedicine, 3 (9): 705 - 710. Laitonjam, W.S., Yumnam, R., Asem, S.D. & Wangkheirakpam, S.D. (2013). Evaluative and comparative study of biochemical, trace elements and antioxidant activity of Phlogacanthus pubinervius T. Anderson and Phlocanthus jenkincii C.B. Clarke leaves. Indian Journal of Natural Products and Resources, 4 (1): 67 - 72. Lê Thanh Thủy. (2007). Khảo sát thành phần hóa học của cây bọ mắm. (Luận văn thạc sĩ hóa học, không xuất bản). Trường Đại học Khoa học Tự nhiên, Hồ Chí Minh, Việt Nam. Lee, J., Durst, R.W. & Wrolstad, R.E. (2005). Determination of total monomeric anthocyanin pigment content of fruit juices, beverages, natural colorants, and wines by the pH differential method: Collaborative study. Journal of AOAC International, 88 (5): 1269 - 1278. Li, P., Huo, L., Su, W., Lu, R., Deng, C., Liu, L., Deng, Y., Guo, N., Lu, C. & He, C. (2011). Free radical-scavenging capacity, antioxidant activity and phenolic content of Pouzolzia zeylanica. Journal of the Serbian Chemical Society, 76 (5): 709 - 717. Mandal, S., Patra, A., Samanta, A., Roy, S., Mandal, A., Mahapatra, T.D., Pradhan, S., Das, K. & Nandi, D.K. (2013). Analysis of phytochemical profile of Terminalia arjuna bark extract with antioxidative and antimicrobial properties. Asian Pacific Journal of Tropical Biomedicine, 3 (12): 960 - 966. (13) 60186-0. An Giang University Journal of Science – 2017, Vol. 18 (6), 12 – 21 21 Nguyễn Duy Tân & Đống Thị Anh Đào. (2012). Nghiên cứu trích ly hợp chất màu anthocyanin từ bắp cải tím và ứng dụng trong chế biến nước giải khát. Tạp chí Khoa học và công nghệ Viện khoa học và công nghệ Việt Nam. Số 3A 11/2012, trang 1 - 7. Noci, F.; Riener, J.; Walkling-Ribeiro, M.; Cronin, D.A.; Morgan, D.J.; Lyng, J.G. (2008). Ultraviolet irradiation and pulsed electric fields (PEF) in a hurdle strategy for the preservation of fresh apple juice. Journal Food Eng., 85: 141 - 146. Odrizola-Serrano, I.; Soliva-Fortuny, R.; Martin- Belloso, O. (2008). Phenolic acids, flavonoids, vitamin C and antioxidant capacity of strawberry juices processed by high-intensity pulsed electric fields or heat treatments. Eur. Food Res. Technol., 228: 239 - 248. Paul, S. & Saha, D. (2012). In vitro screening of cytotoxic activities of ethanolic extract of Pouzolzia Zeylanica (L.) Benn. International Journal of Pharmaceutical Innovations, 2 (1): 52 - 55. Phạm Thị Hồng Ánh, Trần Mỹ Quan, Nguyễn Thị Huyền & Nguyễn Quang Tâm. (2004). Thực tập sinh hóa cơ sở. Hồ Chí Minh: Nhà xuất bản Đại học Quốc gia. Saha, D. & Paul, S. (2012a). Studies on Pouzolzia zeylanica (L.) Benn. (Family: Urticaceae). Germany, Lap Lambert: Academic Publishing. Saha, D. & Paul, S. (2012b). Antifungal activity of ethanol extract of Pouzolzia Zeylanica (L.) Benn. International Journal of Pharmacy Teaching and Pratices 2012, Volume 3, Issue 2, page 272 - 274. Saha, D., Paul S. and Chowdhury S. (2012). Antibacterial activity of ethanol extract of Pouzolzia Zeylanica (L.) Benn. International Journal of Pharmaceutical Innovations, 2 (1): 1 - 5. Sarma, I.S. & Dinda, B. (2013). A new friedelane triterpene ester from Pouzolzia indica. Indian Journal of Chemistry, 52B, 1527 - 1530. Spigno, G., Tramelli, L., De-Faveri, D.M. (2007). Effects of extraction time, temperature and solvent on concentration and antioxidant activity of grape marc phenolics. Journal of Food Engineering, 81 (1): 200-208. Tsai, C.W., Tong, L.I., Wang, C.H. (2010). Optimization of multiple responses using data envelopment analysis and response surface methodology. Tamkang Journal of Science and Engineering, 13 (2): 197 - 203. Võ Văn Chi. (2012). Từ điển cây thuốc Việt Nam. Hà Nội: Nhà xuất bản Y học. Zabeti, M., Daud, W.M.A.W & Aroua, M.K. (2009). Optimization of the activity of CaO/Al2O3 catalyst for biodiesel production using response surface methodology. Applied Catalysic: A General, 366 (1): 154 - 159.