Nghiên cứu vị trí phân loại, thành phần hóa học và khả năng kháng vi sinh vật của tinh dầu và cao chiết ethanol từ thân, rễ của loài thiên niên kiện pi e ( homalomena pierrreana engl) báo cáo đề tài khoa học cấp trường

BỘ CƠNG THƢƠNG
ĐẠI HỌC CƠNG NGHIỆP THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

BÁO CÁO TỔNG KẾT ĐỀ TÀI KHOA HỌC
KẾT QUẢ THỰC HIỆN ĐỀ TÀI
NGHIÊN CỨU KHOA HỌCCẤP TRƢỜNG

Tên đề tài: NGHIÊN CỨU VỊ TRÍ PHÂN LOẠI, THÀNH PHẦN

HĨA HỌC VÀ KHẢ NĂNG KHÁNG VI SINH VẬT CỦA TINH
DẦU VÀ CAO CHIẾT ETHANOL TỪ THÂN RỄ CỦA LOÀI
THIÊN NIÊN KIỆN PI-E (Homalomena pierreana Engl.)
Mã số đề tài: 184.TP12
Chủ nhiệm đề tài: Văn Hồng Thiện
Đơn vị thực hiện: Viện Công nghệ Sinh học và Thực phẩm
Hồ sơ bao gồm:
- Bản tự nhận xét kết quả thực hiện đề tài NCKH cấp Trƣờng
- Báo cáo tổng kết kết quả thực hiện đề tài NCKH cấp Trƣờng
- Báo cáo chi tiết đề tài nghiên cứu khoa học cấp Trƣờng
- Các phụ lục quyết định phê duyệt đề tài và minh chứng

Tp. Hồ Chí Minh - 2019

1


BỘ CÔNG THƢƠNG

CỘNG H

TRƢỜNG ĐH CÔNG NGHIỆP TP HC

Đ c

HỘI CHỦ NGH
p – Tự o – H n P

VIỆT N
c

Viện Cơng nghệ sinh học và thực phẩm
Tp. Hồ Chí Minh, ngày tháng

năm 2019

BẢN TỰ NHẬN XÉT
VỀ KẾT QUẢ THỰC HIỆN ĐỀ TÀI NCKH CẤP TRƢỜNG

1. Tên đề tài: Nghiên cứu vị trí phân loại, thành phần hóa học và khả năng kháng vi sinh vật
của tinh dầu và cao chiết ethanol từ thân rễ của loài Thiên niên kiện pi-e (Homalomena
pierreana)
2. Mã số: 184.TP12
3. Chủ nhiệm đề tài: Văn Hồng Thiện
4. Cơ quan chủ trì đề tài: Viện Cơng nghệ sinh học và thực phẩm
5. Thời gian thực hiện (Bắt đầu – Kết thúc): 10/2018 đến 10/2019
6. Tổng kinh phí thực hiện đề tài: 40 triệu đồng
Trong đó, kinh phí từ NSNN: 40 triệu đồng
7. Nhận xét về kết quả thực hiện Đề tài so với Hợp đồng:
7.1/ Về mức độ hồn thành khối lƣợng cơng việc:
- Đã hồn thành đầy đủ nội dung công việc của đề tài với các sản phẩm đã đăng ký.
- Sản phẩm dạng 3: đăng 2 bài báo khoa học trên Tạp chí Khoa học và Công nghệ,

Trƣờng Đại học Công Nghiệp Tp. HCM nhƣ là sản phẩm trong thuyết minh đề tài. Ngoài ra,
một kết quả khác của đề tài cũng đã gửi đăng ở Tạp chí Indian Journal of Natural Products
and Resources, một Tạp chí hạng Scopus và hiện đang trong quá trình phản biện.

2


- Sản phẩm đào tạo: 2 sinh viên đại học khóa 11 (thuộc lớp ĐHSH11ATT) đã bảo vệ
thành cơng khóa luận và đƣợc hội đồng bảo vệ khóa luận tốt nghiệp thơng qua vào tháng 6
năm 2019.
7.2/ Về tình hình sử dụng kinh phí của Đề tài:
Đã sử dụng hơn số tiền đƣợc tạm ứng đợt 1 và đợt 2 để mua hoá chất, nguyên vật
liệu cho các nghiên cứu của đề tài.
7.4/ Các nhận xét khác về quá trình thực hiện và kết quả của Đề tài:
Trong quá trình thực hiện đề tài, nhóm nghiên cứu đã nghiêm túc thực hiện các nội
dung nghiên cứu. Từ đó, các nội dung của đề tài đã hoàn thành trong thời gian quy định là
12 tháng.
Thành phố Hồ Chí Minh, Ngày 10 tháng 10 năm 2019
Ngƣời tự nhận xét

Văn Hồng Thiện

3


BỘ CƠNG THƢƠNG
ĐẠI HỌC CƠNG NGHIỆP THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

BÁO CÁO TỔNG KẾT ĐỀ TÀI KHOA HỌC
KẾT QUẢ THỰC HIỆN ĐỀ TÀI

NGHIÊN CỨU KHOA HỌCCẤP TRƢỜNG

Tên đề tài:

NGHIÊN CỨU VỊ TRÍ PHÂN LOẠI, THÀNH PHẦN HĨA
HỌC VÀ KHẢ NĂNG KHÁNG VI SINH VẬT CỦA TINH
DẦU VÀ CAO CHIẾT ETHANOL TỪ THÂN RỄ CỦA LOÀI
THIÊN NIÊN KIỆN PI-E (Homalomena pierreana Engl.)
Mã số đề tài: 184.TP12
Chủ nhiệm đề tài: Văn Hồng Thiện
Đơn vị thực hiện: Viện Công nghệ Sinh học và Thực phẩm

Tp. Hồ Chí Minh - 2019

4


PHẦN I. THƠNG TIN CHUNG
I. Thơng tin tổng qt
1.1. Tên đề tài: Nghiên cứu vị trí phân loại, thành phần hóa học và khả năng kháng vi sinh
vật của tinh dầu và cao chiết ethanol từ thân rễ của loài thiên niên kiện pi-e (Homalomena
pierreana Engl.)
1.2. Mã số: 184.TP12
1.3. Danh sách chủ trì, thành viên tham gia thực hiện đề tài

TT

Họ và tên
(học hàm, học vị)

1

Văn Hồng Thiện

Đơn vị công tác

Vai trị thực hiện đề tài

Viện Cơng nghệ Sinh - Thiết kế thí nghiệm
học và Thực phẩm - Thực hiện thí nghiệm
- Phân tích và xử lý số liệu
- Viết báo cáo tổng hợp, viết
bài báo khoa học

1.4. Đơn vị chủ trì: Viện Cơng nghệ Sinh học và Thực phẩm, Trƣờng Đại học Cơng nghiệp
Tp. Hồ Chí Minh.
1.5. Thời gian thực hiện: 12 tháng
1.5.1. Theo hợp đồng: từ tháng 10 năm 2018 đến tháng 10 năm 2019
1.5.2. Gia hạn (nếu có): khơng gia hạn
1.5.3. Thực hiện thực tế: 12 tháng, từ tháng 10 năm 2018 đến tháng 10 năm 2019
1.6. Những t ay đổi so với thuyết min ban đầu (nếu có):
Khơng thay đổi nội dung so với thuyết minh ban đầu.
1.7. Tổng kin p í đƣợc phê duyệt của đề tài: 40 triệu đồng.
II. Kết quả nghiên cứu
1 Đặt vấn đề
Thiên niên kiện (Homalomena) là một chi có chứa dƣợc tính của họ Ráy (Araceae)
và đã đƣợc sử dụng nhiều trong các bài thuốc dân gian (Phạm Hoàng Hộ, 2000). Nhiều
nghiên cứu trong và ngoài nƣớc cũng đã cho thấy thành phần hóa học cũng nhƣ cơng dụng
kháng khuẩn, kháng oxi hóa của các hợp chất đƣợc chiết xuất từ các bộ phận của một số
5

loài Thiên niên kiện. Chẳng hạn, Hu et al. (2008) khảo sát thành phần hóa học của lồi H.
occulta và cho thấy nhiều hợp chất thuộc nhóm Sesquiterpene đƣợc chiết xuất từ lồi này có
khả năng kháng khuẩn và kháng oxi hóa. Gần đây, Văn Hồng Thiện và cộng sự (2015) đã
sử dụng phƣơng pháp sắc kí ghép khối phổ và cho thấy đƣợc 9 hợp chất có trong cao chiết
ethanol từ thân rễ của loài H. cochinchinensis gồm: 1β, 4β, 6β, 11-tetrahydroxyeudesmane
(1), 1β, 4β, 7α-trihydroxyeudesmane (2), δ-cadinene (3), oplodiol (4), homalomenol A (5),
cetylbullatantriol (6), bullatantriol (7), α-cadinol (8), maristeminol (9).
Homalomena pierreana là một loài thuộc chi Thiên niên kiện và đƣợc mô tả lần đầu
bởi Engler và Krause (1912) với mẫu vật đƣợc ghi nhận có ở khu vực Đông Dƣơng. Các
nghiên cứu tổng thể ở họ Ráy về sau ở Việt Nam đều khơng phát hiện lại lồi này, các tác
giả chỉ nghi nhận lại theo các tài liệu lịch sử và khơng xác định đƣợc vị trí phân bố, chẳng
hạn, Nguyễn Văn Dƣ (2005) cho rằng, loài H. pierreana có Quảng Nam, Quảng Ngãi và
Nam Bộ. Tuy nhiên, theo Phạm Hoàng Hộ (2000) và Nguyễn Văn Dƣ (2006 và 2017), lồi
H. pierreana có khu vực phân bố ở Nam Bộ nhƣng chƣa biết rõ vị trí. Hơn nữa, chủ nhiệm
đề tài trong quá trình thực hiện đề tài nghiên cứu sinh về họ Ráy cũng đã trực tiếp khảo sát
tiêu bản về họ này tại các phòng mẫu vật ở Việt Nam nhƣ: Viện Sinh thái tài nguyên sinh
vật (HN), Đại học Khoa học Tƣ nhiên Hà Nội (HNU), Đại học Khoa học Tƣ nhiên Tp.
HCM (PHH), Viện Sinh học Nhiệt đới (VNM), Viện Sinh thái học Miền Nam (SGN) và đã
xác nhận rằng, tiêu bản của lồi H. pierreana khơng xuất hiện tại các phịng mẫu trên. Vì
vậy, kết luận của Phạm Hồng Hộ (2000) và Nguyễn Văn Dƣ (2006 và 2017) về vị trí phân
bố của lồi H. pierreana chỉ có ở Nam Bộ và chƣa biết rõ vị trí là hồn tồn có cơ sở. Gần
đây, Van et al. (2018) đã phát hiện lại lồi này ở VQG Phú Quốc, qua đó, nhóm tác giả này
đã chính thức ghi nhận lại vị trí phân bố của loài H. pierreana ở Việt Nam.
Cho đến thời điểm hiện tại, loài H. pierreana đƣợc xem là một loài hiếm và chƣa
từng đƣợc nghiên cứu về các đặc tính di truyền, thành phần hóa học cũng nhƣ các đặc tính
kháng khuẩn. Do đó, việc đề xuất hƣớng nghiên cứu của đề tài là cần thiết về mặt khoa học
cũng nhƣ tính ứng dụng của lồi này trong tƣơng lai. Ngoài ra, hiện nay, một số loài thuộc
chi Thiên niên kiện ở Việt Nam vẫn có nhiều ý kiến trái chiều về vị trí phân loại bởi nhiều

nhà nghiên cứu (Li et al., 1979; Phạm Hoàng Hộ, 2000; Govaerts et al., 2002; Nguyễn Văn
Dƣ, 2017). Do vậy, việc ứng dụng các chỉ thị phân tử nhằm mục đích xác định chính xác vị
trí phân loại của một số lồi thuộc chi Thiên niên kiện ỡ Việt nam là việc làm cần thiết.

6


2. Mục tiêu
a. Mục tiêu tổng quát.
Xác định vị trí phân loại của các loài Thiên niên kiện ở Việt Nam bằng kỹ
thuật sinh học phân tử; xác định thành phần hóa học từ tinh dầu và cao ethanol cũng
nhƣ tính kháng khuẩn từ thân rễ của lồi H. pierreana.
b. Mục tiêu cụ thể.
-

Thu thập mẫu vật tƣơi từ một số khu vực phía Nam Việt Nam.

-

Nghiên cứu áp dụng chỉ thị phân tử nhằm xác định vị trí phân loại chi Thiên

niên kiện ở Việt Nam.
-

Phân tích thành phần hóa học từ tinh dầu và cao ethanol của lồi H. pierreana.

-

Nghiên cứu tính kháng khuẩn từ tinh dầu và cao ethanol của loài H. pierreana.

3 P ƣơng p áp ng iên cứu
3.1. P ƣơng p áp định lo i lồi
Sử dụng phƣơng pháp hình thái so sánh bằng cách đối chiếu và so sánh với các mô tả
về các lồi tƣơng tự đã cơng bố trƣớc đây (Phạn Hồng Hộ, 2000; Nguyễn Văn Dƣ, 2005,
2006 và 2017; Boyce et al., 2012) cũng nhƣ các mẫu vật lƣu tại các Phòng mẫu thực vật
gồm, (1) Trƣờng Đại học Khoa học tự nhiên Hà Nội (HNU), (2) Đại học Khoa học tự nhiên
Tp. HCM (PHH), (3) Viện Sinh học nhiệt đới (VNM), (4) Viện Sinh thái học Miền Nam
(SGN), (5) Viện sinh thái và Tài nguyên sinh vật (HN). Ngoài ra, các hình quét của các tiêu
bản họ Ráy từ các bộ sƣu tập của bảo tàng Paris (P) và Kew (K) cũng đƣợc tham khảo.
3.2. P ƣơng p áp tác c iết DNA tổng số
DNA đƣợc ly trích từ mẫu lá bằng bộ kít Gene Jet Plant Genomic DNA Purification
Mini Kit của hãng Thermo, Mỹ theo quy trình của nhà sản xuất cung cấp (Phụ lục 1).
3 3 P ƣơng p áp PCR k uếc đ i vùng trình tự trnL intron và trnL-trnF IGS
Phản ứng PCR khuếch đại vùng trình tự trnL intron và trnL-trnF IGS đƣợc thực hiện
trên máy PCR Mastercycler (Eppendorf, Đức) với các thành phần bao gồm: 12,5 µl GoTaq
Green Master Mix (Promega, Mỹ), 1,25µl mỗi mồi xi và ngƣợc có nồng độ 10 µM, 9,5 µl
nƣớc khử ion và 0,5 µl DNA mẫu. Chu kỳ nhiệt cho phản ứng PCR gồm: 5 phút ở 95°C; 35
7


chu kỳ gồm: biến tính (1 phút ở 94°C), bắt cặp mồi (1 phút 30 giây ở 55o C) và tổng hợp
mạch mới (1 phút 30 giây ở 72°C); hoàn thiện phản ứng ở 72°C trong 10 phút.
Mồi (primer) cho các phản ứng nhân bản vùng trình tự trnL intron và trnL-trnF IGS
của loài nghiên cứu đƣợc đƣợc tham khảo từ nghiên cứu của Taberlet et al. (1991). Sản
phẩm PCR đƣợc tinh sạch và giải trình tự tại Cơng ty TNHH Công nghệ Sinh học Nam
Khoa (quận 7, Tp. Hồ Chí Minh).
3 4 P ƣơng p áp iệu chỉnh trình tự và xây dựng cây phát sinh loài
Kết quả giải trình tự 2 chiều đƣợc kiểm tra độ chính xác với sự hỗ trợ của phần mềm
FinchTV và Seaview. Các trình tự đƣợc sắp gióng bằng phần mềm ClustalX2.1 (Thompson
et al., 1994), xây dựng cây phát sinh loài của các mẫu nghiên cứu và các trình tự từ

Genbank bằng phần mềm MEGA5 (Kimura, 1990) theo phƣơng pháp Neighbor-joining và
phần mềm Mr.Bayes (Ronquist và Huelsenbeck, 2003) theo phƣơng pháp Bayesian với
nhóm ngoại là loài Acorus calamus (Cusimano et al., 2011). Bảng tính khoảng cách di
truyền giữa các lồi thuộc chi Thiên niên kiện đƣợc xây dựng dựa trên phần mềm MEGA5
(Kimura, 1990). Ngoài ra, việc so sánh cặp giữa các mẫu nghiên cứu đƣợc thực hiện bằng
phần mềm Biodeit theo phƣơng pháp sắp gióng tồn cục (Hall, 1999).
3.5. Ly trích tinh dầu bằng p ƣơng p áp lôi cuốn ơi nƣớc
Tinh dầu từ mẫu lá tƣơi của mẫu nghiên cứu đƣợc ly trích bằng phƣơng pháp chƣng
cất hơi nƣớc cổ điển bằng bộ chƣng cất Clevenger theo quy trình nhƣ sau: mẫu lá đƣợc rửa
sạch, để ráo nƣớc, sau đó cho 500g vào cối say với 1500ml nƣớc cất. Cho tất cả vào bình
cầu chƣng cất và lắp hệ thống, thời gian chƣng cất để thu tinh dầu là 4 giờ. Nƣớc bay hơi sẽ
lôi cuốn tinh dầu. Hỗn hợp hơi nƣớc và tinh dầu đƣợc ngƣng tụ nhờ hệ thống làm lạnh,
đọng lại thành chất lỏng ở ống gạn của hệ thống.
3 6 P ƣơng p áp p ân tíc t àn p ần hóa học GC/MS
Mẫu tinh dầu sau khi ly trích đƣợc đem phân tích thành phần hóa học bằng phƣơng
pháp sắc ký khí ghép khối phổ GC/MS trên máy Aligent GC 7890A-MS 5975C; cột ZB5MS (30m × 250àm ì 0,25àm); s dng helium lm khớ mang áp suất 13,209psi; thể tích
0,2µl; chƣơng trình nhiệt là: nhiệt độ đầu 600C, tăng 30C/phút đến 2400C.

8


3 7 P ƣơng p áp t o cao ethanol
Củ tƣơi bào mỏng, sấy khô ở nhiệt độ 500C đến khi khối lƣợng không đổi. Đem xay
thành bột. Cân 100g bột mẫu ngâm với 1000ml ethanol 99% trong 14 ngày ở nhiệt độ
phòng. Lọc bỏ bã thu đƣợc dịch chiết. Cô cạn dịch chiết dƣới áp suất chân không ở 600C thu
dƣợc dạng cao màu nâu (Altemimi et al., 2017). Để đảm bảo cao chiết khơng cịn ethanol,
chúng tơi sử dụng thiết bị sấy thăng hoa để đuổi hết ethanol trong mẫu.
3 8 P ƣơng p áp sắc lý ghép khối phổ
Mẫu cao chiết sau khi sấy thăng hoa đƣợc gửi phân tích sắc lý ghép khối phổ (LC/MS)
tại Phịng phân tích trung tâm, Khoa Hóa học, Trƣờng Đại học Khoa học Tự nhiên Tp.

HCM, sử dụng (1) hệ thống khối phổ MS/MS phân giải cao micrOTOF-QII Bruker Daltonic
(Đức) có cấu tạo gồm: nguồn tạo ion theo kiểu ESI, bộ lọc ion gồm Dual Ion Funnel ghép
với Hexapole, bộ cô lập khối Analytical Quadrupole, nguồn ion hóa nội CID, bộ tách khối
phân giải cao TOF, đầu dò ion multichannel; (2) Các dữ liệu đƣợc xử lý trên phần mềm
Data Analysis (Bruker, Đức); (3) Hệ thống sắc ký lỏng siêu cao áp Agilent 1200 (Hoa Kỳ)
bao gồm: bơm đôi cao áp (trộn dòng áp suất cao), bộ tiêm mẫu tự động, lò cột; (4) bộ bơm
mẫu trực tiếp bằng Syringe (kdScientifit, Hoa Kỳ).
3 9 P ƣơng p áp xác định ho t tính kháng khuẩn
Phƣơng pháp xác định hoạt tính kháng khuẩn từ cao chiết ethanol của thân rễ loài H.
pierreana đƣợc thực hiện theo Bauer et al. (1996). Các chủng vi khuẩn đƣợc nuôi cấy trong
môi trƣờng LB Broth cho tới khi đạt đƣợc độ đục là 0.5 theo tiêu chuẩn McFarland. Dịch vi
khuẩn này đƣợc sử dụng để kiểm tra hoạt tính kháng khuẩn của dung dịch nghiên cứu trong
các dung môi khác nhau.
Hút 0,1ml dịch vi khuẩn đƣợc trãi trên đĩa Petri chứa môi trƣờng LB Agar theo phƣơng
pháp trãi đĩa. Các đĩa giấy thấm vô trùng chứa 15ul dung dịch dung dịch nghiên cứu đƣợc
đặt lên bề mặt đĩa Petri đã dàn đều vi khuẩn. Tiếp theo, các đĩa Petri đƣợc để yên trong 4oC
cho dung dịch nghiên cứu thấm vào môi trƣờng thạch trong 2 giờ và sau đó đƣợc đem ủ ở
37oC trong 16-18 giờ. Đĩa kháng sinh Gentamycin (Nam Khoa, Việt Nam) đƣợc sử dụng
nhƣ đối chứng dƣơng cho các thí nghiệm. Làm song song mẫu chứng âm đối với các dung
mơi dung hịa tan dịch nghiên cứu.

9


Khả năng kháng khuần của các dung dịch nghiên cứu đối với các chủng vi khuẩn đƣợc
đo bằng đƣờng kính vịng vơ khuẩn sau 16-18h ni ủ.
Các thí nghiệm kháng khuẩn đƣợc bố trí ngẫu nhiên, lặp lại 3 lần. Sử dụng phƣơng
pháp phân tích phƣơng sai (ANOVA) theo kiểm định LSD để kết luận sự sai khác giữa
trung bình các nghiệm thức. Số liệu đƣợc thu thập và xử lý thống kê bằng phần mềm
Statgraphics Centurion 15.2 và phần mềm Excel 2010 dùng để tính tốn trung bình và độ

lệch chuẩn của các phép đo.
4. Tổng kết về kết quả nghiên cứu
Kết quả nghiên cứu của đề tài đã đạt đƣợc một số hiệu quả về mặt khoa học và đào
tạo nhƣ sau:
-

Lần đầu cung cấp dữ liệu phân tử (vùng trình tự trnL intron và trnL-trnF IGS)
cho 5 loài thuộc chi Thiên niên kiện ở Việt Nam.

-

Lần đầu cung cấp dữ liệu về thành phần hóa học cũng nhƣ khả năng kháng khuẩn
của tinh dầu và cao chiết ethanol có trong thân rễ của lồi H. pierreana.

- Kết quả của đề tài góp phần đào tạo 2 kỹ sƣ ngành Cơng nghệ sinh học thơng qua
2 khóa luận tốt nghiệp, đã bảo vệ thành công vào tháng 5/2019.
5 Đán giá các kết quả đã đ t đƣợc và kết lu n
Kết quả nghiên cứu của đề tài đã đạt đƣợc một số hiệu quả về mặt khoa học, công
nghệ và kinh tế xã hội nhƣ sau:
Nghiên cứu đã ứng dụng chỉ thị phân tử nhằm xác định vị trí phân loại của một số
lồi thuộc chi Thiên niên kiện ở Việt Nam. Từ đó, kết quả đã xác nhận lại các quan điểm
trái ngƣợc về vị trí phân loại của các loài này bởi nhiều nhà nghiên cứu trƣớc đây.
Xác định đƣợc thành phần hóa học cũng nhƣ khả năng kháng khuẩn từ tinh dầu và
cao chiết ethanol của lồi H. pierreana. Từ đó, hƣớng tới ứng dụng lồi này vào thực tiễn
trong tƣơng lai.
6. Tóm tắt kết quả
Tóm tắt
Thiên niên kiện (Homalomena) là một chi có nhiều lồi có dƣợc tính và đƣợc sử dụng
nhiều trong y học cổ truyền ở Việt Nam và một số nƣớc trên thề giới. Ở Việt Nam, chi này
10

hiện có 5 lồi gồm H. conchinchinensis, H. occulta, H. pendula, H. pierreana và H.
vietnamensis. Nghiên cứu này sử dụng các phƣơng pháp sinh học phân tử, sắc ký khí ghép
khối phổ (GC/MS), sắc ký lỏng ghép khổi phổ (LC/MS) và phƣơng pháp kháng khuẩn nhằm
xác định mối quan hệ di truyền của các loài thuộc chi Thiên niên kiện ở Việt Nam cũng nhƣ
cho thấy thành phần hóa học, khả năng kháng khuẩn từ tinh dầu và cao chiết ethanol của
loài Thiên niên kiện Pi-e (H. pierreana). Kết quả phân tích vùng trình tự trnL intron và
trnL-trnF IGS của 5 loài thuộc chi Thiên niên kiện ở Việt Nam đã làm sáng tỏ một số vấn
đề về phân loại mà các nghiên cứu trƣớc đây có nhiều ý kiến trái chiều, theo đó, đã cho thấy
lồi H. conchinchinensis và H. aromatica là 2 loài hoàn toàn tách biệt so với lồi H. occulta.
Kết quả xác định thành phần hóa học và khả năng kháng khuẩn của loài H. pierreana cho
thấy, trong tinh dầu ly trích từ thân rễ và lá của lồi nghiên cứu có chứa tƣơng ứng 9 và 10
hợp chất; cao chiết ethanol từ thân rễ loài H. pierreana có chứa 10 hợp chất. Ngồi ra, cao
chiết và tinh dầu của lồi H. pierreana có khả năng năng kháng lại các chủng vi khuẩn kiểm
định gồm 2 chủng gram dƣơng (B. cereus và S. aureus) và 4 chủng gram âm (E. coli, P.
aeruginosa, S. enteritidis và S. typhimurium).
Từ khóa: Homalomena, cây phát sinh lồi, tinh dầu, cao chiết ethanol, kháng khuẩn.
Abstract
Homalomena is a genus of the Araceae family which contains several remedies used
extensively in traditional Vietnamese medicine. In Vietnam, this genus includes five
species: H. conchinchinensis, H. occulta, H. pendula, H. pierreana, and H. vietnamensis. In
this study, molecular biology techniques, gas chromatography–mass spectrometry, and
liquid chromatography–mass spectrometry were used to determine taxonomic relationships
of Homalomena genus in Vietnam, chemical composition of ethanol extract and essential oil
from H. pierreana rhizome. The analysis results of trnL intron và trnL-trnF IGS of five
species belonging to Homalomena genus elucidated that H. conchinchinensis and H.
aromatica are two different species as compared with H. occulta, which was one of the
unclear problem about classification of Homalomena genus. Chemical compositions of
essential oil extracted from H. pierreana rhizome and leaf contained 9 and 10 compounds,

respectively. Additionally, the presence of 10 compounds in ethanol extract of H. pierreana
rhizome was confirmed. Futhermore, the anti-bacterial activity of essential oil and ethanol
extract of this species against 6 tested organisms, including of 2 Gram posivitie bacteria (B.
11


cereus and S. aureus) and 4 Gram negative bacteria (E. coli, P. aeruginosa, S. enteritidis,
and S. typhimurium) also proved.
Keywords: Homalomena, phylogeny, essential oil, ethanol extract, antibacterial
activity.
III. Sản phẩm đề tài, công bố và kết quả đào t o
3.1. Kết quả nghiên cứu (sản phẩm d ng 1,2,3)

TT

Tên sản phẩm

2

Sản phẩm dạng IV

3

Sản phẩm dạng IV

Yêu cầu khoa học hoặc/và chỉ tiêu
kinh tế - kỹ thu t
Đăng ký
Đ t đƣợc
2 bài báo khoa học cấp Đã đƣợc chấp nhận đăng

Trƣờng
bài của Tạp chí
Tham gia đào tạo
2 khóa luận tốt nghiệp

Ghi chú:
-

Các ấn phẩm khoa học (bài báo, báo cáo KH, sách chuyên khảo…) chỉ đƣợc chấp

nhận nếu có ghi nhận địa chỉ và cảm ơn trƣờng ĐH Công Nghiệp Tp. HCM đã cấp kính phí
thực hiện nghiên cứu theo đúng quy định.
-

Các ấn phẩm (bản photo) đính kèm trong phần phụ lục minh chứng ở cuối báo cáo.

(đối với ấn phẩm là sách, giáo trình cần có bản photo trang bìa, trang chính và trang cuối
kèm thơng tin quyết định và số hiệu xuất bản).
3.2. Kết quả đào t o
Thời gian
thực hiện
TT Họ và tên
đề tài
Sinh viên Đại học
1. Nguyễn
6 tháng
Thanh Lan
2. Lê Bích
Trâm

6 tháng

Tên đề tài
Tên chuyên đề nếu là NCS
Tên luận văn nếu là Cao học
Xác định mã vạch DNA, thành phần hóa học và
kháng khuẩn từ cao chiết ethanol của loài thiên niên
kiện Pi-e (Homalomena pierreana)
Xác định mã vạch DNA, thành phần hóa học và
kháng khuẩn từ tinh dầu của loài thiên niên kiện pie (Homalomena pierreana)

Đã
bảo vệ

X

X

Ghi chú:

12


- Kèm bản photo trang bìa chuyên đề nghiên cứu sinh/ luận văn/ khóa luận và bằng/giấy
chứng nhận nghiên cứu sinh/thạc sỹ nếu học viên đã bảo vệ thành công luận án/ luận
văn;( thể hiện tại phần cuối trong báo cáo khoa học)
IV. Tình hình sử dụng kinh phí
T
T
A

1
2
3
4
5
6
7
8
B
1
2

N i dung chi
Chi phí trực tiếp
Th khốn chun mơn
Ngun, nhiên vật liệu, cây con..
Thiết bị, dụng cụ
Cơng tác phí
Dịch vụ th ngoài
Hội nghị, hội thảo,thù lao nghiệm thu giữa kỳ
In ấn, Văn phịng phẩm
Chi phí khác
Chi phí gián tiếp
Quản lý phí
Chi phí điện, nƣớc
Tổng số

Kinh phí
đƣợc duyệt
(triệu đồng)

Kinh phí
thực hiện
(triệu đồng)

3,0
29,932
8,7

3,0
29,932
8,7

2,0

2,0

43,632

43,632

Ghi
chú

V. Kiến nghị (về phát triển các kết quả nghiên cứu của đề tài)
- Cần có các nghiên cứu về bảo tồn cũng nhƣ phát triển tiềm năng của loài H.
pierreana nhằm có thể ứng dụng lồi này vào thực tiễn trong tƣơng lai.
- Nghiên cứu nhiều phƣơng pháp tách chiết tinh dầu nhằm nâng cao hiệu suất chƣng
cất.
- Nghiên cứu ứng dụng thêm nhiều chỉ thị phân tử nhằm làm rõ hơn nữa mối quan hệ

về mặt phân loại của các loài Thiên niên kiện ở Việt Nam.
VI. Phụ lục sản phẩm (liệt kê minh chứng các sản phẩm nêu ở Phần III)
Tp. HCM, ngày ........ tháng........ năm .......
Chủ nhiệm đề tài

Phòng QLKH&HTQT

(ĐƠN VỊ)
Trƣởng (đơn vị)

13


Chương 2

CƠ SỞ LÝ THUYẾT XÁC ĐỊNH THỜI GIAN CẤP ĐƠNG
THỰC PHẨM
2.1. Tính chất nhiệt vật lý của thực phẩm
Tính chất nhiệt vật lí của thực phẩm là những thơng số quan trọng đối với kỹ thuật
bảo quản lạnh đông, yếu tố này có mặt trong q trình biến đổi trạng thái thông qua
những quan hệ về trao đổi nhiệt và ảnh hưởng đến tốc độ truyền nhiệt trong khi cấp
đơng.
Các thơng số chính của q trình cấp đơng bao gồm: khối lượng riêng ρ(kg/m3),
nhiệt dung riêng C(kJ/kg.K), hệ số dẫn nhiệt λ(W/m.K), hệ số khuếch tán a=λ/C.ρ (m2/s),
enthalpy H(kJ/kg). Việc tìm hiểu và xây dựng mơ hình xác định các tính chất nhiệt vật
lý khơng ngồi mục đích là đưa ra quy trình cơng nghệ chế biến và bảo quản đơng lạnh
hợp lí, hiệu quả nhằm nâng cao chất lượng, giá trị dinh dưỡng của thực phẩm[4].
Nhiều nhà nghiên cứu về vấn đề trên đã thiết lập các mô hình tốn dựa vào khối
lượng và thơng số nhiệt vật lý khác có trong thực phẩm như thành phần hóa học, khối
lượng riêng và nhiệt độ. Kết quả cho thấy hệ số dẫn nhiệt chịu ảnh hưởng của cả thành

phần hóa học, khối lượng riêng và nhiệt độ trong khi đó nhiệt dung riêng chỉ bị chi phối
bởi thành phần hóa học và nhiệt độ. Một vài mơ hình xây dựng hệ số dẫn nhiệt, nhiệt
dung riêng của các thành phần chính là các hàm tuyến tính theo nhiệt độ từ -400C÷1500C.
Tuy nhiên thực chất mối quan hệ giữa hệ số dẫn nhiệt, nhiệt dung riêng với nhiệt độ là
không tuyến tính. Do đó việc xác định yếu tố đó một cách chính xác thì tương đối phức
tạp và chưa đáp ứng yêu cầu. Chỉ có xác định thành phần khối lượng riêng của thực
phẩm đã có rất nhiều nghiên cứu nên cơng thức xác định có tính chính xác cao[15].
Một vấn đề đặt ra là thơng thường các tính chất nhiệt vật lý của thực phẩm được
tính tốn dễ dàng khi nhiệt độ của chúng trên điểm kết tinh. Tại điểm kết tinh nước bắt
đầu đóng băng, q trình biến đổi trạng thái của nước diễn ra, nhiệt độ càng xuống thấp
lượng tinh thể đá tạo thành càng nhiều. Tính chất giữa tinh thể đá và nước là rất khác
nhau vì vậy mà các tính chất nhiệt vật lý của thực phẩm lại thay đổi rất lớn, các thông
số nhiệt vật lý như nhiệt dung riêng và hệ số dẫn nhiệt lại dao động nhiều xung quanh
điểm kết tinh vì vậy xem xét quá trình biến đổi và xác định giá trị các thông số nhiệt vật
lý trên và dưới điểm kết tinh cũng thật sự không dễ dàng.
Trong công nghệ cấp đông, thông số quan trọng cần xác định để thiết kế quá trình
và thiết bị trong làm lạnh và cấp đông là thời gian và phụ tải nhiệt. Việc xác định kích
thước của thiết bị làm lạnh, cấp đơng chính xác khi ta biết được năng suất và thời gian
ổn định của sản phẩm. Cho nên việc xác định chính xác các thơng số nhiệt vật lý của
sản phẩm trong quá trình thật sự rất cần thiết.
2.2. Mơ hình xác định tính chất nhiệt vật lý sử dụng trong mơ phỏng q trình cấp
đơng thực phẩm
2.2.1. Cơ sở lý thuyết
❖ Thành phần băng, nước kết đông và nước không kết đông
35


Sự thay đổi pha của nước, giữa nước và băng trong thực phẩm đã ảnh hưởng đến
sự thay đổi tính chất của một số loại thực phẩm trong quá trình kết đông và rã đông.
Tổng thành phần của nước trong thực phẩm đơng lạnh gồm có ba phần: Nước có thể kết

đông, nước không thể kết đông và nước đã kết đông được thể hiện như sau:
xw 0 = x fw + xuw + xi

(2.1)

Trong đó :
xw0 : Thành phần của nước tại điểm đóng băng trong thực phẩm
x fw : Thành phần nước có thể kết đơng
xuw : Thành phần nước không thể kết đông
xi :Thành phần băng
Mặc khác tổng lượng nước trong một nguyên liệu thực phẩm bằng tổng hai thành
phần nước có thể kết đơng và nước không thể kết đông:
xw = x fw + xuw

(2.2)

Phương pháp xác định các thành phần khác nhau của nước trong thực phẩm là điều
kiện cần thiết để có thể ước tính được các tính chất nhiệt của thực phẩm. Nước khơng
kết đơng là thành phần khơng kết đơng có trong nguyên liệu thực phẩm khi cấp đông
thực phẩm ở môi trường -400C. Kí hiệu của thành phần nước khơng kết đông là xuw
thường được đo và biểu hiện dưới dạng tỷ lệ kg nước không kết đông trên tổng kg chất
rắn khô, B[15]:
(2.3)
xuw = B.xs 0 = B(1 − xw0 )
Giá trị B cho các loại thực phẩm khác nhau được cho trong bảng 2.1.
Bảng 2.1 Phạm vi giá trị của B để tính tốn thành phần nước khơng kết đông [15]
Nguyên liệu thực phẩm

B

Thịt, cá

0,14 – 0,32

Sucrose

0,30

Glocose
Trứng
Bánh mỳ
Rau

0,15 – 0,20
0,11
0,11 – 0,14
0,18 – 0,25

Riedel đã cung cấp những cơ sở dữ liệu cho thấy sự biến đổi nhanh chóng của
thành phần nước khơng kết đơng trong q trình cấp đông của thực phẩm ở trong một
phạm vi khá rộng. Biểu đồ dưới đây sẽ cho thấy sự thay đổi thành phần của băng ứng
với nhiệt độ của một loại thực phẩm trong q trình kết đơng[4].

36


Hình 2.1 Thành phần băng (xi) ứng với nhiệt độ trong q trình kết đơng
❖ Điểm kết đơng
Điểm kết đơng ban đầu là điểm trạng thái quan trọng không những cho việc tính
tốn tính chất nhiệt vật lý mà cịn cho việc xác định điều kiện bảo quản thích hợp của

thực phẩm đông lạnh. Trong môi trường nước thường luôn ln có những phân tử chất
rắn với kích thước nhỏ, ở nhiệt độ gần 0C những phân tử chất rắn này sẽ ngừng chuyển
động, lực kết hợp giữa chúng với các phân tử nước xung quanh lớn hơn lực kết hợp giữa
các phân tử nước với nhau. Vì vậy, các phân tử nước liên kết với các phân tử chất rắn ở
0C để tạo thành những mầm tinh thể. Trong cấu trúc thực phẩm, nước chịu nhiều tác
động ở các chất tan, chất khơng tan, ở những vị trí khác nhau trạng thái của chúng khác
nhau, vì vậy nhiệt độ điểm kết tinh của nước trong thực phẩm khác nhau sẽ khác nhau.

Hình 2.2 Quá trình hình thành điểm kết đơng
Trong khi làm lạnh đơng có hiện tượng q lạnh, tức là hạ nhiệt độ đến dưới 0C
mà vẫn chưa có hiện tượng đóng băng. Các tinh thể đá xuất hiện ở điểm quá lạnh, tỏa ra
ẩn nhiệt đóng băng làm tăng nhiệt độ thực phẩm. Bởi vì, tốc độ thải nhiệt không kịp với
tốc độ sinh nhiệt do tạo ra mầm tinh thể đá. Ở điểm này, chủ yếu nước tự do cấu trúc bị
tách ra và kết tinh. Nhiệt độ thực phẩm tăng lên đến một mức cao nhất và dừng ở đó một
lúc để hồn thành q trình đóng băng nước (nước tự do – cấu trúc) đây là điểm kết
đơng, sau đó tiếp tục giảm nhiệt độ. Q trình này mơ tả ở hình 2.2, ở mỗi loại thực
37


phẩm khác nhau thì có điểm q lạnh và điểm kết đông khác nhau. Những giá trị tiêu
biểu của nhiệt độ kết đông ban đầu cho cá, thịt, trái cây và rau quả trong vùng từ -2,0
đến -0,5C. Với những thực phẩm có độ ẩm cao ( >55% nước, chất ẩm) là -1,0C [4].
Sự chậm đóng băng là do sự chậm tạo thành tâm kết đông, mà sự chậm tạo thành
tâm kết đông lại phụ thuộc vào nồng độ phân tử của các dịch bào. Một số nhà nghiên
cứu ở Anh công bố thêm vào năm 1961 về các nguyên nhân khác cũng có ảnh hưởng
đến sự đóng băng tinh thể là do nhiệt độ môi trường làm lạnh đông và hệ thống ống mao
dẫn của sản phẩm.
Mỗi phân tử gam liên kết với một lượng nước nhất định. Muốn tách được lượng
nước này ra cần giảm nhiệt độ một lượng t = 1,840 C . Đó là độ hạ băng điểm t trong
định luật Raoult:

t = 1,84n

(2.4)

Trong đó:
n - Nồng độ phân tử gam, n = m/M
m - Khối lượng chất hòa tan, g
M - Phân tử lượng của chất hòa tan
Như vậy, độ hạ băng điểm cho nước kết tinh phụ thuộc vào nồng độ phân tử chất tan
của dịch bào, mối tương quan giữa nhiệt độ điểm kết đông và nồng độ chất tan trong
thực phẩm được thể hiện qua hình 2.3 [16].

Hình 2.3 Quan hệ giữa nhiệt độ điểm kết đông của thực phẩm với nồng độ chất tan
❖ Mối quan hệ giữa hàm lượng nước và điểm kết đông của thực phẩm
Sự chuyển pha nước – nước đá trong khi làm lạnh đông thực phẩm có ảnh hưởng
cơ bản đến giá trị tính chất nhiệt vật lý của thực phẩm, cho nên điều đặt ra là cần phải
xác định hàm lượng đá chính xác.
Ở dưới điểm đông ban đầu thành phần khối lượng nước mà được kết tinh lại là
một hàm của nhiệt độ. Thông thường thì thực phẩm chứa đựng nước, chất rắn hồ tan
và khơng hịa tan. Trong q trình đơng lạnh khi một phần nước kết tinh, nồng độ chất

38


rắn khơng hịa tan trong dung dịch cịn lại trở nên đậm đặc hơn do đó làm chậm hạ nhiệt
độ kết đông.
Dựa trên định luật Raoult, Chen (1985) đã đưa ra biểu thức để xác định thành phần
khối lượng của băng trong thực phẩm[15]:
xi =

xs Rto2 ( t f − t )
M s Lvt f t

(2.5)

Trong đó:
xs - Thành phần khối lượng của các chất rắn trong khối thực phẩm
Ms - Khối lượng phân tử của chất rắn có thể hòa tan hòa tan được trong khối
thực phẩm
R - Hằng số khí lý tưởng, 8,314 [kJ/kmol. K]
t0 - Điểm đơng ban đầu của nước, t0 = 0C
Lv - Nhiệt ẩn đông đặc của nước ở 0C, 333,6 [kJ/kg]
tf - Điểm kết đông ban đầu của thực phẩm [0C]
t - Nhiệt độ của thực phẩm [0C]
- Mối liên hệ giữa khối lượng phân tử của chất rắn hòa tan trong thực phẩm được xác
định như sau[15]:
Ms =

xs Rto2
− ( xwo − xb ) lot f

(2.6)

Trong đó:
xwo - Thành phần khối lượng của nước nguyên thủy có trong khối thực phẩm.
xb - Thành phần khối lượng giới hạn của nước trong khối thực phẩm: xb = 0, 4.x p
xp - Thành phần khối lượng của protein có trong khối thực phẩm
Thay cơng thức (2.6) vào công thức (2.5) ta được công thức xác định thành phần khối
lượng của nước đá trong khối thực phẩm (Miles 1974):

 t 
xi = ( xwo − xb ) 1 − f 
t 


(2.7)

2.2.2. Lý thuyết xác định thơng số nhiệt vật lý của q trình cấp đông
a. Nhiệt dung riêng
❖ Nhiệt dung riêng và phương pháp đo
Nhiệt dung riêng của thực phẩm được định nghĩa là lượng nhiệt cần thiết của một
kg thực phẩm trao đổi với mơi trường xung quanh để nhiệt độ của nó biến đổi là một
độ. Đơn vị của nhiệt dung riêng là (kJ/kg.K). Việc xác định nhiệt dung riêng từng thành
phần của hỗn hợp là điều kiện đủ để ước tính nhiệt dung riêng của hỗn hợp.
Nhiệt dung riêng thường được đo bằng phương pháp đo nhiệt lượng. Tuy nhiên
những phương pháp này chỉ ứng dụng tốt trong việc xác định nhiệt dung riêng của thực
phẩm khi có sự chuyển đổi pha xảy ra ở một nhiệt độ nhất định và sự thay đổi pha trong
39


q trình kết đơng thực phẩm xảy ra khơng được vượt quá phạm vi nhiệt độ cho phép.
Kết quả là phương pháp đo nhiệt lượng chỉ được ứng dụng giới hạn trong việc xác định
nhiệt dung riêng của thực phẩm đơng lạnh. Vì vậy phải có phương pháp khác để xác
định giá trị thực nghiệm enthalpy của thực phẩm đông lạnh trong một phạm vi nhiệt độ
cho phép. Phương pháp phân tích nhiệt vi sai của enthalpy có thể được sử dụng để tính
tốn nhiệt dung riêng hiệu dụng của thực phẩm dựa trên cơ sở thực nghiệm của enthalpy
và nhiệt độ
Bảng 2.2. Các phương trình dự đốn nhiệt dung riêng các thành phần của thực phẩm
theo nhiệt độ[15]
Thành phần chính

Cacbonhydrat

Cơng thức
C = 1,5488 + 1,9625 x 10-3t – 5,9399 x10-6t2

a

Chất xơa

C = 1,8459 + 1,8306 x 10-3t – 4,6509 x10-6t2

Proteina

C = 2,0082 + 1,2089 x 10-3t – 1,2139 x10-6t2

Chất béoa

C = 1,9842 + 1,4733 x 10-3t – 4,8008 x10-6t2

Troa

C = 1,0926 + 1,8896 x 10-3t – 3,6817 x10-6t2

Nướcb

C = 4,0817 – 5,3062 x 10-3t + 9,9516 x10-6t2

Nướcc

C = 4,0817 – 5,3062 x 10-3t + 9,9516 x10-6t2

Băng

C = 2,0623 + 6,0769 x 10-3t

a

t : -40 đến – 150C

b
c

t : -40 đến 0C

t : 0 đến 150C

❖ Biến thiên nhiệt dung riêng
Các thành phần trong thực phẩm như nước, protein, mỡ, hyđrocacbon, chất xơ,…
thay đổi khác nhau đối với mỗi loại thực phẩm và cũng thay đổi trong cùng một loại
thực phẩm khi nhiệt độ thay đổi.
Cơng thức chung để tính nhiệt dung riêng của các thực phẩm theo nhiệt dung riêng
của các thành phần là
C =  (C j x j )
n

(2.8)

j =1

Cj –Nhiệt dung riêng của các thành phần thực phẩm, kJ/kgK

xj – Thành phần khối lượng của các thành phần thực phẩm, %
Đối với thực phẩm chưa kết đơng, nếu chưa biết chính xác về thành phần cấu tạo của
thực phẩm thì theo Chen (1985)[15] được tính theo công thức sau:
C pu = 4,19 − 2,30.xs − 0,628.xs3

(2.9)

Trong đó:
xs – Thành phần khối lượng của thể rắn trong khối thực phẩm: xs =1- xwo
xwo – Thành phần khối lượng nước nguyên thủy có trong thực phẩm
40


Đối với thực phẩm đã kết đơng do có sự chuyển pha nên tính tốn nhiệt dung riêng khó
khăn và phức tạp hơn. Nhiệt dung riêng phải được kể đến gồm cả nhiệt hiện và nhiệt ẩn.
Có rất nhiều các cơng thức của nhiều tác giả đưa ra để tính nhiệt dung riêng của sản
phẩm được kết đông.
Theo Schwartzberg (1976)[17] cơng thức chung để dự đốn nhiệt dung riêng của
thực phẩm là:
 R.t02

C = C pu + ( xb − xwo ) C + Exs 
− 0,8C 
2
 M wt


(2.10)

Trong đó:

ΔC - Hiệu nhiệt dung riêng của nước và của nước đá
ΔC = Cw - Ci
E - Tỷ số khối lượng phân tử của nước Mw và thành phần thể rắn Ms, E = Mw/Ms
Schwartzberg [18] đã phát triển và mở rộng cơng thức tính nhiệt dung riêng xuống dưới
điểm kết đông như sau:
 Lv .( t0 − t f ) 
C pi = C f + ( xw0 − xb ) . 

 t0 − t 

(2.11)

Với: Cf - Nhiệt dung riêng của thực phẩm đã kết đơng hồn tồn
Chen (1985) đã đưa ra phương trình phát triển từ phương trình của Siebel (1892) tính
nhiệt dung riêng như sau[15]:
C pi = 1,55 + 1,26.xs +

xs Rt02
M st 2

(2.12)

Thay (2.5) vào phương trình (2.12) ta được
C pi = 1,55 + 1,26.xs +

( xw0 − xb ).Lv .t f
t2

(2.13)

Quan sát biểu đồ dưới đây để thấy được sự thay đổi của nhiệt dung riêng ứng với
nhiệt độ cho một loại thực phẩm trong q trình cấp đơng.

Hình 2.4 Biểu đồ nhiệt dung riêng theo nhiệt độ trong suốt quá trình cấp đông
b. Enthalpy
❖ Enthalpy và phương pháp đo.
41


Enthalpy được định nghĩa là hàm lượng nhiệt trên một đơn vị khối lượng của một
nguyên liêu thực phẩm. Đơn vị của enthalpy là (kJ/kg).
Phương pháp đo phổ biến để xác định enthalpy của thực phẩm đông lạnh là phương
pháp đo nhiệt lượng. Tuy nhiên việc xác định enthalpy có thể dựa vào tỷ lệ kết đông cho
một vài loại thực phẩm khác nhau. Enthalpy trong thực phẩm đông lạnh có thể thay đổi
trong thời gian bảo quản ngay cả ở nhiệt độ khơng đổi nếu có sự thay đổi tỷ lệ phần trăm
nước không kết đông trong thực phẩm. Vì vậy Riedel đã xây dựng các cơ sở dữ liệu cơ
bản của enthalpy cho một số loại thực phẩm đông lạnh trong một phạm vi rộng và một
phần cơ sở dữ liệu được cho trong trong Bảng 2.3. Trong Bảng 2.3 enthalpy được giả
định là không ở -400C, biểu hiện cho sự thay đổi enthalpy theo nhiệt độ của thực phẩm
được thể hiện như Hình 2.3.
❖ Biến thiên enthalpy của thực phẩm
Sự biến thiên enthalpy của các loại thực phẩm dùng để đánh giá năng lượng phải
thêm vào hay lấy đi tương ứng với sự thay đổi nhiệt độ. Ở trên điểm kết đông enthalpy
chứa đựng nhiệt hiện, ở dưới điểm kết đông enthalpy chứa đựng nhiệt ẩn. Enthalpy có
thể xác định dựa vào định nghĩa nhiệt dung riêng đẳng áp [4].
 H 
C =

 t  p

(2.14)

Đối với thực phẩm chưa kết đơng: Vì mỗi loại thành phần trong thực phẩm tại
nhiệt độ trên điểm kết đông ban đầu của chúng đều có enthalpy ứng với nhiệt dung riêng
trên điểm kết đông. Nên enthalpy của thực phẩm chưa kết đông được xác định dựa vào
nhiệt dung riêng bằng cách lấy tích phân phương trình (2.14).

(

H =  ( H j x j ) =   C j x j dt
n

n

j =1

j =1

)

(2.15)

Trong đó: Hj - Enthalpy của các thành phần trong thực phẩm.
Theo phương pháp tính của Chen (1985), nếu như các dữ liệu thành phần không đầy đủ
thì enthalpy của thực phẩm chưa kết đơng được tính dựa vào cơng thức [13]:
H = H f + (t − t f )(4,19 + 2,30 xs − 0,628 xs3 )

(2.16)

Đối với thực phẩm đã kết đông: Theo Schwartzberg (1976)[17] enthalpy của thực phẩm

được tính bằng cách lấy tích phương trình (2.15) từ nhiệt độ tr đến nhiệt độ t.


 
Rt02
H = ( t − tr )  Cu + ( xb − xwo )  C + Exs 


18 ( t0 − tr )( t0 − t )  

(2.17)

Thường thì nhiệt độ tham chiếu tr được lấy ở -400C (233,2 K) ở điểm mà enthalpy có
giá trị bằng 0.
Enthalpy dưới điểm kết đơng cịn được xác định theo công thức của Chen (1985)[15]

x Rt 2 
H = ( t − t f ) 1,55 + 1, 26 xs + s o 
M s ttr 


(2.18)

42


Hình 2.5 Biểu đồ enthalpy theo nhiệt độ trong suốt q trình cấp đơng
Qua thực nghiệm Chao và Tao (1981)[4] đã xây dựng mối quan hệ tính enthalpy của
một số loại thực phẩm. Mối quan hệ này được đặc trưng bởi: hàm lượng nước, nhiệt độ
ban đầu, nhiệt độ cuối, thành phần thực phẩm (thịt, cá, hoa quả, …)

z
H = H f  yt + (1 − y )t 



(2.19)

Trong đó:
t - Độ giảm nhiệt độ t =

t − tr
t f − tr

tr - Nhiệt độ tham chiếu
y, z - Các tham số liên hệ
Phân tích các số liệu trong tài liệu Chao và Tao đã xây dựng được các quan hệ xác định
y và z để sử dụng công thức (2.19)
• Đối với thịt:
y = 0,316 − 0, 247 ( xwo − 0, 73) − 0, 688 ( xwo − 0, 73)
z = 22,95 − 54, 68 ( y − 0, 28 ) − 5589, 03 ( y − 0, 28 )

2

(2.20)

2

• Đối với trái cây, rau và nước trái cây:
y = 0,362 − 0, 0498 ( xwo − 0, 73) − 0, 688 ( xwo − 0, 73)
z = 2, 72 − 129, 04 ( y − 0, 23) − 481, 46 ( y − 0, 23)

2

2

(2.21)

c. Hệ số khuếch tán nhiệt
❖ Biến thiên hệ số khuếch tán nhiệt trong q trình cấp đơng
Tính chất vật lý quan trọng trong quá trình truyền nhiệt là hệ số khuếch tán nhiệt,
xuất hiện trong phương trình của Fourier:

43


  2 t  2t  2t 
t
= a 2 + 2 + 2 

y
z 
 x

(2.22)

Bảng 2.3 Các phương trình dự đốn hệ số khuếch tán nhiệt của các thành phần [15]
Thành phần chính
Carbohydrate

Cơng thức tính*

a = 8, 0842  10−2 + 5, 3052  10−4 t − 2, 3218  10−6 t 2

Xơ

a = 7,3979 10−2 + 5,1902 10−4 t − 2,2202 10−6 t 2

Protein

a = 6,8714 10−2 + 4,7578 10−4 t − 1,4646 10−6 t 2

Mỡ

a = 9,8777 10−2 − 1,2569 10−4 t − 3,8286 10−8 t 2

Tro
Nước

a = 1,246110−2 + 3,7312 10−4 t − 1,2244 10−6 t 2

Băng

a = 1,1756 − 6,0833 10−3 t + 9,5037 10−5 t 2

a = 1,3168 10−1 + 6,2477 10−4 t − 2,4022 10−6 t 2

* nhiệt độ từ -40C đến 150C

Hệ số khuếch tán nhiệt a [m2/s] được tính như sau:
a=


C

(2.23)

λ - Hệ số dẫn nhiệt [W/m.K]
C - Nhiệt dung riêng [kJ/kg.K]

 - Khối lượng riêng [kg/m3]
Mà , C,  đều là những hàm số biến thiên theo nhiệt độ. Như vậy, ứng với mỗi
khoảng nhiệt độ khác nhau thì hệ số khuếch tán nhiệt sẽ khác nhau nghĩa là a cũng là
một hàm số biến thiên theo nhiệt độ a(t).

Hình 2.6 Quan hệ giữa hệ số khuếch tán nhiệt và nhiệt độ
44


Ngồi cách tìm hệ số a bằng cơng thức (2.23) ta cịn có một số ít giá trị a ứng với những
giá trị nhiệt độ cụ thể nhờ vào kết quả thực nghiệm.
d. Hệ số dẫn nhiệt hiệu dụng
❖ Định nghĩa
Hệ số dẫn nhiệt của của nguyên liệu thực phẩm là thước đo khả năng dẫn nhiệt của
thực phẩm. Theo định luật Fourier thì hệ số dẫn nhiệt là nhiệt lượng Q truyền qua một
tấm vật liệu mỏng được xác định như sau[4]:
t −t 
Q =  A 1 2 
(2.24)
  
Trong đó:
A là diện tích của bề mặt vật liệu (m2)

t1, t2 là nhiệt độ của bề mặt vật liệu ( C)
 là độ dày của vật liệu (m)
 là hệ số dẫn nhiệt của thực phẩm (W/m. C)
❖ Thông số và các đại lượng đo của hệ số dẫn nhiệt[2]
Các phương pháp đo lường hệ số dẫn nhiệt được nhóm lại ở trạng thái ổn định.
Tấm chắn nhiệt và cảm biến nhiệt là hai thiết bị thí nghiệm được sử dụng để đo hệ số
dẫn nhiệt, đối với những loại thực phẩm có hệ số dẫn nhiệt thấp thì phải mất một khoảng
thời gian khá dài để đạt được trạng thái ổn định, kết quả làm biến đổi độ ẩm và làm thay
đổi đặc tính của thực phẩm do tiếp xúc quá lâu ở nhiệt độ cao. Các thiết bị tiêu chuẩn
kỹ thuật được sử dụng để đo hệ số dẫn nhiệt của thực phẩm như tấm chắn nhiệt chỉ làm
việc tốt đối với các vật liệu sinh học nhưng khơng thích hợp đối với các loại thực phẩm
do thời gian dài để cân bằng nhiệt, độ ẩm thay đổi và khơng thích hợp đối với các mẫu
lớn.
Vì vậy thiết bị kỹ thuật để đo hệ số dẫn nhiệt của nguyên liệu thực phẩm đòi hỏi
thời gian đo ngắn và mẫu tương đối nhỏ. Thăm dò các nguồn nhiệt dẫn nhiệt, dựa trên
các kỹ thuật chuyển đổi, được khuyến khích để ứng dụng cho các loại thực phẩm nhất.

Hình 2.7 Mặt cắt của thiết bị đo hệ số dẫn nhiệt với đường kính D và chiều dài L
Qua q trình thí nghiệm và khảo sát trên các loại thực phẩm với thiết bị đo hệ số dẫn
nhiệt thì nhiệt dung riêng của thực phẩm được rút ra bởi công thức :
ln ( 2 −  1 ) ( 1 −  0 ) 
(2.25)
 =Q 
4 ( t2 − t1 )
Trong đó :
 là hệ số dẫn nhiệt của vật mẫu.
Q là nguồn nhiệt phát ra khi gia nhiệt đầu dò.
t1, t2 là nhiệt độ của cặp nhiệt thăm dò ứng với các thời điểm 1 và 2.
Sự biến đổi hệ số dẫn nhiệt trong thực phẩm đông lạnh như là một hàm của độ ẩm và
nhiệt độ được đưa ra trong Bảng 2.4.

45


Bảng 2.4 Các phương trình dự đốn hệ số dẫn nhiệt của các thành phần [15]
Thành phần chính Cơng thức tính
Carbohydrate
 = 0,20141 + 1,3874 x 10-3t – 4,3312 x 10-6 t2
Xơ
 = 0,18331 + 1.2497 x 10-3t – 3,1683 x 10-6 t2
Protein
= 0,17881 + 1,1958 x 10-3t – 2,7178 x 10-6 t2
Mỡ
 = 0,18071+ 1,1958 x 10-3t – 1,7749 x 10-6 t2
Tro
 = 0,32962 + 1,4011 x 10-3t – 2,9069 x 10-6 t2
Nước
 = 0,57109 + 1,7625x 10-3t – 6,7026 x 10-6 t2
Băng
 = 2,2196 – 6,2489 x 10-3t + 1,0154 x 10-4t2
*: nhiệt độ từ -40C đến 150C
❖ Biến thiên hệ số dẫn nhiệt
Hệ số dẫn nhiệt nói lên mối quan hệ giữa tốc độ truyền nhiệt với gradien nhiệt
độ. Hệ số dẫn nhiệt của thực phẩm phụ thuộc vào thành phần, sự sắp xếp cấu trúc vật lý
của mỗi thành phần và nhiệt độ của thực phẩm. Cấu trúc của thực phẩm có ảnh hưởng
đáng kể đến hệ số dẫn nhiệt của nó. Những loại thực phẩm có chứa nhiều chất xơ có hệ
số dẫn nhiệt khác nhau tùy thuộc vào sự sắp xếp các sợi xơ theo chiều song song hoặc
vng góc. Độ xốp cũng có một ảnh hưởng lớn đến hệ số dẫn nhiệt của thực phẩm. Đối
với thực phẩm có cấu trúc và thành phần phức tạp rất khó để xác định chính xác biểu đồ
hệ số dẫn nhiệt của chúng.

Hình 2.8: Biểu đồ hệ số dẫn nhiệt theo nhiệt độ trong suốt quá trình cấp đơng
Theo mơ hình đẳng hướng, trong hệ hai thành phần gồm pha liên tục và không liên
tục trong đó hệ số dẫn nhiệt khơng phụ thuộc vào hướng dòng nhiệt, Kopelman (1966)
đã phát triển các biểu thức sau cho tính hệ số dẫn nhiệt[15].
 1 − L2

 = c 

2
1 − L (1 − L ) 

(2.26)

Trong đó:
λc - Hệ số dẫn nhiệt của pha liên tục
3
L3- Thành phần thể tích phân bố của pha khơng liên tục, L2 = ( L3 ) , L = L3
2/3

46