Vì vậy, các phương pháp liên quan đến chiết xuất và bảo quản nhằm ổn định các hợp chất trong cao chiết cần được nghiên cứu để dự đoán thời hạn bảo quản của sản phẩm ở các điều kiện khác nhau. Các nghiên cứu về thời hạn bảo quản của các sản phẩm thực phẩm có chứa các hoạt tính sinh học thường kéo dài và tốn kém nên thử nghiệm trong điều kiện cưỡng bức thường được sử dụng. Trong đó, sản phẩm chịu các điều kiện lưu trữ bất lợi của một hoặc nhiều yếu tố cưỡng bức như nhiệt độ, độ ẩm tương đối của không khí cao hơn mức bình thường để đẩy nhanh quá trình hư hỏng. Các thông số nhiệt động học như hằng số tốc độ phản ứng, thời gian bán hủy, hệ số nhiệt độ và năng lượng kích hoạt sẽ được xác định để từ đó xây dựng mô hình dự đoán thời hạn bảo quản phù hợp. Các mô hình dự đoán sự phân huỷ của các hợp chất tự nhiên trong điều kiện cưỡng bức đã được công bố gần đây. Mô hình động học sựsuy giảm các hợp chất polyphenol và sự thoái hoá màu sắc của bột vi bao từ dịch ép củ yacon bằng kĩ thuật sấy phun với 2 loại chất mang khác nhau trong điều kiện bảo quản ở nhiệt độ 35 và 45°C, độ ẩm tương đối là 75 và 90% trong 35 ngày. Kết quả cho thấy mô hình suy giảm của polyphenol phụ thuộc chất mang và nhiệt độ bảo quản. Mô hình động học phân huỷ betalain trong bột vi bao dịch ép củ dền đỏ bằng kĩ thuậtsấy phun ở các nhiệt độ 6, 19 và 30°C có thể sử dụng để dự đoán điều kiện chế biến phù hợp nhằm làm giảm tổn thất betalain trong quá trình sản xuất Vi bao gói cao chiết Trâm vỏ đỏ bằng kĩ thuật sấy phun có khả năng nâng cao hoạt tính sinh học và cải thiện khả năng ly giải các hợp chất polyphenol bằng chất mang maltodextrin kháng tiêu hoá (fibsol 2) đã được công bố. Tuy nhiên, các nghiên cứu về động học phân huỷ các hợp chất polyphenol và hoạt tính sinh học của bột sấy phun cao chiết Trâm vỏ đỏ trong điều kiện kích thích chưa được nghiên cứu để dự đoán thời hạn và điều kiện bảo quản phù hợp chưa được thực hiện. Mục tiêu của nghiên cứu này là đánh giá ảnh hưởng của nhiệt độ và độ ẩm tương đối của không khí trong môi trường bảo quản đến tốc độ suy giảm hàm lượng polyphenol, hoạt tính kháng oxy hoá và ức chế enzyme tiêu hóa tinh bột trong điều kiện kích thích, từ đó xác định mô hình dự đoán thời hạn bảo quản của sản phẩm trong điều kiện phù hợp.

1. Nguyên liệu

Sodium carbonate, methanol, 2,2-Diphenyl-2-picrylhydrazyl hydrate (DPPH), 2,2′-Azino bis(3-ethylbenzothiazoline-6-sulfonic acid) (ABTS), gallic acid, α-amylase tuyến tụy,  α-glucosidase từ nấm men,  p-nitrophenyla-D-glucopyranoside, Potassium Sodium Tartrate Tetrahydrate (PSTT) và Dinitrosalicylic  acid  (DNS) được mua từ hãng SigmaAldrich (St. Louis, MO, Hoa Kỳ), Maltodextrin kháng tiêu hóa, (RMD: digestionresistant maltodextrin; Fibersol-2, DE 8,0-12,5, Matsutani Chemical Industry Co., Ltd). FolinCiocalteu reagent được mua từ hãng Merck (Đức) và các hoá chất khác đạt tiêu chuẩn phân tích.

2. Chuẩn bị mẫu sấy phun

Cao chiết Trâm vỏ đỏ được chuẩn bị bằng phương pháp ngâm kiệt hỗ trợ siêu âm. Cụ thể, bột vỏ thân cây được ngâm trong hỗn dịch ethanol 50% với tỷ lệ 1:10 w:v, siêu âm bằng máy VS28H (Vietsonic, Việt Nam) trong 15 phút bằng đầu dò kích thước 10 mm, tần số 28 Hz. Sau đó, hỗn hợp được trích ly ở nhiệt độ phòng trong 24 giờ trước khi lọc với giấy lọc Whatman No. 1. Quá trình lặp lại thêm hai lần trước khi các dịch chiết được trộn lẫn, cô đặc bằng máy cô quay chân không IKA (Đức) ở 60⁰C và sấy khô hoàn toàn bằng máy sấy đông khô Operon FBD-5503 (Hàn Quốc) ở nhiệt độ - 56⁰C và áp suất 0,001 Mbars. Cao chiết được bảo quản ở - 30⁰C cho đến khi được sử dụng.

Quá trình vi bao cao chiết được thực hiện bằng kỹ thuật sấy phun. Hỗn hợp cao chiết Trâm vỏ đỏ và chất mang maltodextrin hoà tan hoàn toàn và đồng hoá bằng máy VELP Scientifica OV5 (Ý) với tốc độ 10.000 vòng/phút trong 10 phút và giữ ở nhiệt độ 5⁰C trong 12 giờ cho thấm nước hoàn toàn. Hàm lượng chất khô được kiểm soát ở 20 % (w:w), trong đó hàm lượng cao chiết là 1% (w:w). Hỗn hợp được sấy phun bằng máy sấy phun BUCHI B-90 (BÜCHI Labortechnik AG, Thụy Sĩ) với thông số thiết lập nhiệt độ đầu vào và đầu ra lần lượt là 120 và 60⁰C; tốc độ bơm khí 120 L/phút, mức độ phun mẫu 100% theo thiết lập của thiết bị. Dung dịch sấy được ổn định bằng máy khuấy từ với tốc độ 600 vòng/phút trong suốt quá trình nạp mẫu để đảm bảo nguyên liệu luôn đồng nhất. Sau khi sấy phun, các thông số ban đầu của bột sấy phun được xác định bao gồm: độ ẩm là 2,0 ± 0,1%; hàm lượng polyphenol tổng số (TPC) là 32,05 ± 0,02 mgGAE/g chất khô (CK); khả năng trung hòa gốc tự do DPPH và ABTS lần lượt là 98,99 ± 0,57 và 107,44 ± 1,80 mgTE/g CK; khả năng ức chế enzyme α-amylase và α-glucosidase với giá trị IC50 lần lượt là 192,06 ± 0,01 và 8,86 ± 0,20 µg/mL.

Bột sấy phun được đóng gói trong các túi hút chân không PA/PE, 5 – 10 g bột/túi kích thước15x20 cm dày 90 pm, sau đó sử dụng ngay hoặc bảo quản ở nhiệt độ - 30⁰C đến khi tiến hành thực nghiệm.

3. Chuẩn bị mẫu bảo quản ở điều kiện cưỡng bức

Mẫu được bảo quản ở điều kiện cưỡng bức và xây dựng mô hình động học được tiến hành có cải tiến để phù hợp với điều kiện thực tế. Mẫu được cân 0,5 g (bột sấy phun) đựng trong bình thủy tinh, đặt trong hộp kín chứa dung dịch NaCl bão hòa (tạo độ ẩm không khí khoảng 75%) và BaCl2 bão hoà (để tạo độ ẩm không khí khoảng 90%). Các hộp kín đặt trong tủ ấm với nhiệt độ tương ứng 40 và 60⁰C. Thời gian theo dõi trong 50 ngày, mẫu được thu nhận và phân tích các chỉ tiêu theo dõi (độ ẩm bột, hàm lượng polyphenol tổng số, khả năng kháng oxy hoá và ức chế enzyme) 10 ngày/lần trong 50 ngày.

Hàm lượng Polyphenol tổng số được xác định và sử dụng thuốc tử Folin – Ciocalteu. Kết quả dựa vào đường chuẩn gallic acid (mgGAE/g chất khô).

Khả năng trung hòa gốc tự do DPPH và ABTS được xác định. Kết quả được tính theo mg trolox tương đương (mg TE/g chất khô) dựa vào đường chuẩn trolox.

Khả năng ức chế α-amylase được xác định và khả năng ức chế α-glucosidase được tiến hành. Khả năng ức chế hoạt tính α-amylase và α-glucosidase được tính như sau:

% Ức chế = [(A₀ – A₁)/A₀] x 100% (1)

trong đó, A₀ là độ hấp thụ của mẫu kiểm chứng (mẫu chỉ chứa dung môi hòa tan mẫu ở thời điểm ban đầu, A₁ là độ hấp thụ của mẫu thí nghiệm. Kết quả khả năng ức chế được thể hiện thông qua IC₅₀ là nồng độ sản phẩm vi bao có khả năng ức chế 50% hoạt tính của enzyme.

4. Phương pháp phân tích dữ liệu bảo quản bột sấy phun

Động học suy giảm các hợp chất tự nhiên/hoạt tính sinh học được đánh giá bằng phương trình bậc nhất như sau:

C_t = C₀.e^−kt (2)

trong đó C_t là hàm lượng hợp chất tự nhiên/hoạt tính sinh học tại thời điểm (t); k là hằng số tốc độ và C₀ là hàm lượng hợp chất tự nhiên/hoạt tính sinh học tại thời điểm bắt đầu.

 Thời gian phân hủy 90% (D), Chu kỳ bán rã (t_1/2) và hệ số nhiệt động (Q₁₀) được xác định theo công thức sau:

𝐷𝐷 = ln₍₁₀₎ /𝑘𝑘 (3)

𝑡𝑡_1/2 = ln₍₂₎ /𝑘𝑘 (4)

Q10 = (k_T2/k_T1)^10/T2-T1 (5)

Trong đó, D là thời gian phân hủy 90% để một đại lượng biến đổi với thời gian theo hàm số mũ suy giảm đạt đến lượng hơn 90% lượng ban đầu; Chu kỳbán rã (t_1/2) - chu kỳ nửa phân rã hay thời gian bán rã là thời gian cần để một đại lượng biến đổi với thời gian theo hàm số mũ suy giảm đạt đến lượng bằng một nửa lượng ban đầu. Q₁₀ là thước đo độ nhạy nhiệt độ của tốc độ phản ứng hóa học hoặc quá trình sinh học được xác định từ các hằng số suy giảm ở một nhiệt độ nhất định (T) và trên 10°C (T + 10°C). Nhiệt độ cưỡng bức tại 40 và 60⁰C được sử dụng trong nghiên cứu, do đó được sử dụng trong nghiên cứu, do đó đại lượng Q₁₀ được xác định theo công thức (5), trong đó k_T1 và k_T2 lần lượt là hằng số suy thoái tại 40 và 60⁰C.

Năng lượng kích hoạt (E_a) được ước tính từ giá trị Q₁₀ như trong biểu thức:

Ea = 2,303_𝑙og10(𝑄₁₀)𝑅𝑇(𝑇+10)/10 (6)

trong  đó:  R  là  hằng số khí  lý  tưởng (R=8,314 Jmol⁻¹K⁻¹) và T là nhiệt độ tuyệt đối (^oK).

4. Xử lí và phân tích số liệu

Các thí nghiệm được lặp lại ít nhất 3 lần. Các kết quả được thể hiện dưới dạng kết quả trung bình của 3 lần lặp lại ± độ lệch chuẩn. Sai khác có nghĩa về mặt thống kê của các kết quả được so sánh tại mức ý nghĩa p ≤ 0,05 bằng phần mềm Statgraphics (StatPoint Technologies, USA) và SPSS 23.0. Đồ thị được biểu diễn bằng phần mềm Graphpad prism 9.0 (GraphPad Software, Boston, USA).

5. Kết luận

Kết quả trong nghiên cứu này cho thấy điều kiện bảo quản ở 40°C và độ ẩm 75% giữ được các hoạt tính sinh học ổn định nhất, thời gian bán rã và suy giảm 90% hoạt tính lần  lượt là 346,57 ngày và 1.151,29 ngày. Hệ số nhiệt động (Q₁₀) là 1,2 và năng lượng kích hoạt (Ea) là 17.562,7 J mol^-1. Mức độ thoái hóa hoạt chất polyphenol trong sản phẩm vi bao tuân theo quy luật hàm bật nhất, trong đó, điều kiện bảo quản với nhiệt độ và độ ẩm tương đối thấp cho thấy mức độ suy thoái chậm và lưu trữ được thời gian dài hơn.