The bioactive compounds, free radical scavenging activity and sensory qualities of garlic (Allium sativum) as affected by temperature and time

Vo Thi Dieu * and Nguyen Minh Thuy

* Corresponding author (vtdieu@nomail.com)

Article Sidebar

Full Text: PDF

Received: 20 Apr 2021
Accepted: 24 Oct 2016
Published: 24 Oct 2016
Title: The bioactive compounds, free radical scavenging activity and sensory qualities of garlic (Allium sativum) as affected by temperature and time
DOI: 10.22144/ctu.jsi.2016.031
Views
526
Downloads
278
Crossref
Scopus
Google Scholar
Europe PMC
How to Cite
Diệu, V. T., & Thủy, N. M. (2016). The bioactive compounds, free radical scavenging activity and sensory qualities of garlic (Allium sativum) as affected by temperature and time. CTU Journal of Science, (CĐ Nông nghiệp), 131-139. https://doi.org/10.22144/ctu.jsi.2016.031
Issue
No. Special issue on Agriculture (2016)
Section
Food Technology

Abstract

Garlic was heated at temperatures ranging from 150, 160, 170oC for 30, 35, 40 min. The total phenolic, flavonoid, free radical scavenging activity (DPPH%) and sensory characteristics of heated garlic samples were analysed. Optimization for heated garlic was investigated using response surface methodology (RSM). The combined effects of heating conditions on the bioactive compounds and the antioxidant activity were studied using a three-level two-factor Box–Behnken design. The results showed that RSM application for heated garlic showed a good correlation. The optimum conditions for the treated samples were found (temperature of 160.71°C for 36.14 min). Optimum values (the total polyphenol, flavonoid and antioxidant activity) were obtained as 6.69 mgGAE/g, 2.78 mgQE/g, 73.54%, respectively and higher than in the untreated samples (4.94 mgGAE/g, 2.06 mgQE/g, 55.52%, respectively). The high correlation coefficient of experimental and predicted values was found. Using the logistic regression methodology described the product overall acceptance, the sensory evaluation of the product heated at 160oC for 37.50 min, had a significantly stronger acceptance than the other heating conditions. However, the optimal condition of TPC, TFC and DPPH was not significantly differrent the one of sensory evaluation, therefore, the garlic should be treated at 160,71oC for 36,14 min.
Keywords: Garlic, polyphenol, free radical scavenging activity, flavonoid, heating

Tóm tắt

Trong nghiên cứu này, tỏi được gia nhiệt ở các nhiệt độ 150, 160, 170oC trong thời gian 30, 35, 40 phút. Hàm lượng tổng polyphenol và flavonoid, hoạt tính chống oxy hóa (DPPH%), chỉ tiêu cảm quan của tỏi xử lý nhiệt được phân tích. Tối ưu hóa quá trình xử lý nhiệt tỏi bằng mô hình bề mặt đáp ứng (RSM). Các ảnh hưởng kết hợp của điều kiện xử lý nhiệt đến hàm lượng các chất có hoạt tính sinh học được thiết kế theo mô hình Box-Behnken với hai nhân tố (nhiệt độ và thời gian) và ba mức độ (150, 160, 170oC và 30, 35, 40 phút, tương ứng). Kết quả cho thấy, áp dụng phương pháp RSM cho quá trình gia nhiệt tỏi thể hiện tương quan tốt với mức độ ý nghĩa cao. Các giá trị tối ưu cho nhiệt độ (160,71oC) và thời gian (36,14 phút) được xác định. Các giá trị tối ưu (hàm lượng tổng polyphenol, flavonoid và khả năng loại trừ gốc tự do) là 6,69 mgGAE/g, 2,78 mgQE/g và 73,54%, tương ứng, cao hơn so với mẫu không xử lý nhiệt (hàm lượng tổng polyphenol, flavonoid và khả năng loại trừ gốc tự do là 4,94 mgGAE/g, 2,06 mgQE/g và 55,52%, tương ứng). Tương quan tốt giữa giá trị dự đoán và thực nghiệm được tìm thấy. Đánh giá cảm quan bằng phương pháp hồi quy logistic cho thấy tỏi xử lý nhiệt 160oC trong 37,50 phút có khả năng chấp nhận cao hơn nhiều so với các điều kiện xử lý khác. Tuy nhiên không chênh lệch đáng kể so với nhiệt độ và thời gian tối ưu của quá trình xử lý nhiệt, vì vậy chọn sản xuất tỏi ở 160,71oC trong 36,14 phút.
Từ khóa: Tỏi, polyphenol, khả năng loại trừ gốc tự do, flavonoid, gia nhiệt

Article Details

References

(a ) (b)

(c)

Hình 3: Mô hình bề mặt đáp ứng thể hiện sự tương tác của nhiệt độ và thời gian xử lý đến hàm lượng TPC (a), TFC (b) và khả năng loại bỏ gốc tự do-DPPH (c)

Kết quả cho thấy, nhiệt độ và thời gian xử lý có ảnh hưởng đến các hợp chất sinh học và khả năng chống oxy hóa của tỏi. Ban đầu tỏi chứa hàm lượng TPC, TFC, khả năng khử gốc tự do lần lượt là 4,94 mg GAE/g, 2,06 mg QE/g và 55,52%, sau khi xử lý ở nhiệt độ cao (nướng) hàm lượng các hợp chất này không bị giảm, điều này phù hợp với nghiên cứu của Aharon et al. (2012) khi nướng hạt đậu chickpea, hầu hết các giá trị TPC, TFC và hoạt tính chống oxy hóa trong sản phẩm được duy trì tốt ở mức cao.

Nhìn chung, khi tăng nhiệt độ và thời gian xử lý thì hàm lượng TPC tăng cao hơn so với nguyên liệu ban đầu chưa gia nhiệt. Hàm lượng TPC tăng đáng kể ở 160, 170oC sau 30, 35 phút, đạt giá trị cao nhất tại 160 oC, 35 phút (6,55 mgGAE/g) (P < 0,05), nhưng nếu kéo dài thời gian xử lý khoảng 40 phút thì hàm lượng TPC bắt đầu giảm. Hàm lượng TPC tăng là do nhiệt độ cao sẽ phóng thích phenolic từ các hợp chất phenol ở dạng liên kết, có sự chuyển hóa hợp chất phenolic ở dạng không hòa tan thành hòa tan, có sự phân hủy của lignin dẫn đến phóng thích dẫn xuất acid phenolic hoặc làm phát sinh thêm phenolic mới (Jeong et al., 2004). Tuy nhiên, khi tiếp tục tăng nhiệt độ và thời gian thì hàm lượng TPC có khuynh hướng giảm do xuất hiện sự suy thoái của các hợp chất phenolic. Báo cáo của Ross et al. (2011) sau khi xử lý bột hạt nho ở nhiệt độ ≥ 180oC trong 10 phút thì hàm lượng TPC giảm đáng kể, nhóm tác giả cho rằng nguyên nhân chủ yếu là do các hợp chất này bị suy thoái bởi nhiệt. Phát hiện này tương tự với kết quả từ Kim et al. (2006), cho thấy hiện tượng giảm khá nhanh TPC của bột hạt nho khi xử lý ở nhiệt độ ≥ 200 oC.

Sự gia tăng hàm lượng TFC khá cao khi tỏi được làm nóng lên 160 oC trong 35, 40 phút, đạt cao nhất là 2,96 mg QE/g tại 160 oC, 35 phút. Tuy nhiên, nếu tăng nhiệt độ và thời gian xử lý thì hàm lượng TFC cũng sẽ giảm bởi suy thoái do nhiệt.

Gốc tự do-DPPH được sử dụng để đánh giá khả năng loại bỏ gốc tự do của các hợp chất chống oxy hóa trong tỏi nói riêng và các loại thực vật hoặc nguyên liệu thực phẩm nói chung. Khi gia nhiệt ở 160 - 170 oC trong thời gian 35 phút có sự gia tăng khả năng loại bỏ gốc tự do cao hơn so với các điều kiện xử lý khác, giá trị cao nhất đạt tại 160 oC, 35 phút là 73,28%. Lemos et al. (2012) cho rằng, sự gia tăng khả năng này một phần do tăng hàm lượng TPC, một phần do trong quá trình xử lý nhiệt hình thành của các hợp chất mới có tính chất chống oxy hóa, chẳng hạn như melanoidins sinh ra bởi phản ứng Maillard. Tuy nhiên, khi nhiệt độ cao hơn, thời gian càng kéo dài thì khả năng này càng giảm do sự suy giảm của các chất hóa học tự nhiên có sẵn trong tỏi, sự mất mát các phân tử nước, hình thành các hợp chất mới ổn định hơn nhưng lại ít có hoạt tính sinh học hơn và do đó ảnh hưởng đến hoạt tính chống oxy hóa (Rawson et al., 2013). Kết quả thu nhận cũng phù hợp với kết quả nghiên cứu của Ross et al. (2011), ở nhiệt độ ≥ 180oC, khả năng loại bỏ gốc tự do giảm đã được ghi nhận và thời gian gia nhiệt kéo dài cũng tác động đến khả năng này, tại 180oC giảm đáng kể sau 20 phút làm nóng, tại 210 và 240oC thời gian này giảm xuống còn 10 phút. Từ mô hình thí nghiệm được xây dựng, phân tích tối ưu hóa nhằm xác định khoảng nhiệt độ và thời gian thích hợp cho quá trình xử lý tỏi ở nhiệt độ cao đạt được hàm lượng TPC, TFC và khả năng loại bỏ gốc tự do tối ưu. Giá trị tối ưu của các nhân tố được thể hiện ở Bảng 6.

Bảng 6: Giá trị tối ưu của các nhân tố trong thí nghiệm xử lý tỏi ở nhiệt độ cao

Đồ thị bề mặt đáp ứng (Hình 3), contour và dữ liệu ở Bảng 6 cho thấy hàm lượng TPC, TFC, khả năng loại bỏ gốc tự do-DPPH tối ưu khác nhau. Vì vậy, tìm điểm tối ưu chung là vấn đề cần thiết. Kết quả nghiên cứu đã chỉ ra contour tối ưu chung (Hình 4).

Hình 4: Biểu đồ contour tối ưu nhiệt độ và thời gian xử lý

Biểu đồ contour cùng với Bảng 7 chỉ ra nhiệt độ và thời gian cần thiết để xử lý tỏi là 160,70oC và 36,10 phút sẽ thu được TPC, TFC, khả năng loại bỏ gốc tự do-DPPH là 6,58 mgGAE/g; 2,90 mg QE/g và 73,04% tương ứng. Kiểm định T-test được thực hiện cho thấy không có sự khác biệt về mặt ý nghĩa giữa các giá trị tối ưu và thực nghiệm. Như vậy quá trình xử lý tỏi có thể tối ưu hóa ở 160,71oC trong 36,14 phút sẽ cho sản phẩm tỏi có hàm lượng TPC là 6,69 mg GAE/g, TFC là 2,78 mg QE/g và loại 73,54% gốc tự do.

Bảng 7: Giá trị tối ưu và giá trị thực nghiệm nhiệt độ, thời gian xử lý, hàm lượng TPC, TFC, khả năng loại bỏ gốc tự do-DPPH

Phương pháp phân tích khả dĩ (logistic) đánh giá khả năng chấp nhận (1) hay không chấp nhận (0) của người tiêu dùng. Kết quả thống kê cho thấy có thể xây dựng tốt mô hình hồi quy logistic diễn tả sự tương quan giữa tỉ số khả dĩ và 2 biến độc lập (nhiệt độ và thời gian xử lý). Phương trình tương quan được thể hiện với tỉ số khả dĩ = exp(tỉ số khả dĩ)/(1+exp(tỉ số khả dĩ)). Trong đó tỉ số khả dĩ = -1318,030 + 12,836 X + 15,491 Y – 0,033 X2 – 0,064 XY – 0,071 Y2 (4), với X là nhiệt độ (oC) và Y là thời gian (phút).

Phần trăm độ sai lệch của mô hình là 37,22% và phần trăm độ lệch được điều chỉnh (Adjusted percentage) là 30,39%. Theo kết quả thống kê, phân tích độ sai lệch của mô hình và số dư được trình bày ở Bảng 8.

Bảng 8: Phân tích độ sai lệch (Analysis of Deviance) của phương trình (4)

Kết quả cho thấy, độ sai lệch của mô hình là 65,40 và giá trị P của mô hình nhỏ hơn 0,05, do đó có thể khẳng định sự tương quan có ý nghĩa thống kê ở mức độ tin cậy 95%. Hơn nữa, giá trị P của số dư lớn hơn 0,05 càng có thể khẳng định rằng mô hình này là không kém hơn khi so với mô hình tốt nhất có thể (với mức độ tin cậy 95% hoặc cao hơn). Bên cạnh đó, kiểm định tương thích (Bảng 9) cũng nhằm đánh giá độ tương thích của mô hình, đặc biệt là đánh giá sự đóng góp của từng nhân tố vào trong mô hình được đề xuất.

Bảng 9: Kiểm định tương thích (Likelihood) của phương trình (4)

Thông thường là so sánh độ lệch của mô hình dự đoán trên phân bố Chi-bình phương với một độ tự do duy nhất để kiểm tra tính độc lập thống kê và mức độ khớp của dữ liệu. Với hồi quy logistic, thay vì sử dụng R2 để mô tả sự phù hợp của mô hình thì độ lệch có thể được thay thế. Ngoài ra, phân tích Chi-bình phương cũng là một biện pháp đánh giá độ tương thích của các giá trị thực nghiệm và dự đoán từ mô hình, độ sai lệch nhỏ nhất là giá trị mong muốn. Giá trị P của các nhân tố cũng được xác định. Kết quả thể hiện giá trị P của mô hình nhỏ hơn 0,05 có thể khẳng định sự tương quan có ý nghĩa về mặt thống kê ở mức độ tin cậy 95%.

Tương quan giữa tỉ số khả dĩ và các nhân tố (X là nhiệt độ (oC) và Y là thời gian (phút)) cũng có thể được biểu diễn theo phương trình (5).

Tỉ số khả dĩ = exp(-1318,030 + 12,836 X + 15,491 Y – 0,033 X2 – 0,064 XY – 0,071 Y2)/(1+exp(-1318,030 + 12,836 X + 15,491 Y – 0,033 X2 – 0,064 XY – 0,071 Y2)) (5)

Mô hình bề mặt đáp ứng được trình bày ở Hình 5 cho thấy, khả năng ưa thích sản phẩm (hay tỉ số khả dĩ) cao nhất đạt được khi tỏi được xử lý ở 160oC, thời gian 37,50 phút. Khi so sánh thông số tối ưu của quá trình xử lý nhiệt về hàm lượng các chất chống oxy hóa, cũng như khả năng loại trừ gốc tự do với giá trị cảm quan sản phẩm thì có sự chênh lệch không đáng kể về nhiệt độ và thời gian, vì vậy chúng ta có thể tiến hành sản xuất sản phẩm ở 160,71oC, 36,14 phút.

Hình 5: Tương quan giữa tỉ số khả dĩ và nhiệt độ với thời gian xử lý

Sản phẩm tỏi được xử lý ở nhiệt độ và thời gian thích hợp có thể làm tăng hàm lượng các hợp chất sinh học, khả năng loại trừ gốc tự do và đáp ứng yêu cầu của người tiêu dùng về giá trị cảm quan.

TÀI LIỆU THAM KHẢO

Aharon, S., Hana, B., Liel, G., Ran, H., Yoram, K., Ilan, S., and Shmuel, G., 2012. Effects of baking, roasting and frying on total polyphenols and antioxidant activity in colored chickpea seeds. Food and Nutrition Sciences, 3, 369-376.

Belsinger, S. and Dille, C., 1993. The garlic book: a garland of simple, savory, robust recipes. Loveland, CO: Interweave press. (HAS library).

Block, E., 1985. The chemistry of garlic and onions. Scientific American, 252, 114-119.

Block, E., Iyer, R., Grisoni, S., Saha, C., Belman, S. and Lossing, F.P., 1988. Lipoxygenase inhibitors from the essential oil of garlic. Markovnikov addition of the allyldithio radical to olefins. Journal of the American Chemical Society, 110 (23), 7813-7827.

Bordia, A., Verma, S.K., Vyas, A.K., Khabya, B.L., Rathore A.S., Bhu N. and Bedi H.K., 1977. Effect of essential oil of onion and garlic on experimental atherosclerosis in rabbits. Atherosclerosis. 26 (3), 379-386.

Borekn, C., 2001. Antioxidant health effects of aged garlic extract. The Journal of Nutrition, 131 (3), 1010-115.

Castleman, M., 1991. Garlic: the wonder drug. In the healing herbs, 177-182.

Corzo-Martínez, M., Corzo, N. and Villamiel, M., 2007. Biological properties of onions and garlic. Trends in Food Science and Technology, 18 (12), 609–625.

Guan, X. and Yao, H., 2008. Optimization of viscozyme L-assisted extraction of oat bran protein using response surface methodology. Food Chemistry, 106, 345-351.

Jeong S.M., Kim S.Y., Kim D.R., Jo S.C., Nam K.C. and Ahn D.U., 2004. Effect of heat treatment on antioxidant activity of citrus peels. Journal Agriculture Food Chemistry, 52, 3389-93.

Kim, S.Y., Jeong, S.M., Park, W.P., Nam, K.C., Ahn, D.U. and Lee, S.C., 2006. Effect of heating conditions of grape seeds on the antioxidant activity of grape seed extracts. Food Chemistry, 97 (3), 472-479.

Lanzotti, V., 2006. The analysis of onion and garlic. Journal of chromatography A, 1112 (1), 3-22.

Lawless, H.T. and Heymamn, H., 2010. Sensory Evaluation of food: priciples and practises. Springer science and business media, 5999.

Ledezma, E. and Apitz-Castro, R., 2006. Ajoene the main active compound of garlic (Allium sativum L.): A new antifungal agent. Revista iberoamericana Micologia, 23 (2), 75-80.

Lemos, M. R. B., de Almeida Siqueira, E. M., Arruda, S. F. and Zambiazi, R. C., 2012. The effect of roasting on the phenolic compounds and antioxidant potential of baru nuts [Dipteryx alata Vog.]. Food Research International, 48 (2), 592-597.

Mensor, L.L., Menezes, F.S., Leitão, G.G., Reis, A.S., Santos, T.C.D., Coube, C.S. and Leitão, S.G., 2001. Screening of Brazilian plant extracts for antioxidant activity by the use of DPPH free radical method. Phytotherapy Research, 15 (2), 127-130.

Nguyễn Phú Son và Nguyễn Thị Thu An, 2014. Nghiên cứu chuỗi giá trị sản phẩm tỏi tỉnh Ninh Thuận. Tạp chí Khoa học Trường Đại học Cần Thơ, phần D: Khoa học Chính trị, Kinh tế và Pháp luật, 35, 16-23.

Rahman, K. and Lowe, G.M., 2006. Garlic and cardiovascular disease: a critical review. The Journal of Nutrition, 136 (3), 736-740.

Rawson, A., Hossain, M.B., Patras, A., Tuohy, M., & Brunton, N., 2013. Effect of boiling and roasting on the polyacetylene and polyphenol content of fennel (Foeniculum vulgare) bulb. Food Research International, 50 (2), 513-518.

Ross, C.F., Hoye J.C. and Fernandez‐Plotka V.C., 2011. Influence of heating on the polyphenolic content and antioxidant activity of grape seed flour. Journal of Food Science, 76 (6), C884-C890.

Singleton, V.L., Orthofer, R. and Lamuela-Raventos, R.M., 1999. Analysis of total phenols and other oxidation substrates and antioxidants by means of Folin-Ciocalteu reagent. Methods in Enzymology, 299, 152-178.

Srivastava, K.C., Bordia, A. and Verma, S.K., 1995. Garlic (Allium sativum) for disease prevention. South African Journal of Science, 91, 68.

Weisberger, A.S. and Pensky, J., 1958. Tumor inhibiting effects derived from an active principle of garlic (Allium sativum). Science, 126 (3283), 1112-1114.

Zhu, H., Wang, Y., Liu, Y., Xia, Y., and Tang, T., 2010. Analysis of flavonoids in Portulaca oleracea L. by UV–vis spectrophotometry with comparative study on different extraction technologies. Food Analytical Methods, 3 (2), 90-97.