Nghiên cứu chiết tách phân đoạn giàu polyphenol từ loài bụp giấm (hibiscus sabdariffa l ) và hướng ứng dụng của chúng

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI LUẬN VĂN THẠC SỸ Nghiên cứu chiết tách phân đoạn giàu polyphenol từ loài Bụp giấm (Hibiscus sabdariffa L.) hướng ứng dụng chúng NGUYỄN THỊ KIỀU LINH Nguyenkieulinh10@gmail.com Ngành Hóa học Giảng viên hướng dẫn: PGS.TS Trần Thu Hương Viện: Kỹ thuật Hóa học HÀ NỘI, 2020 TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI LUẬN VĂN THẠC SỸ Nghiên cứu chiết tách phân đoạn giàu polyphenol từ loài Bụp giấm (Hibiscus sabdariffa L.) hướng ứng dụng chúng NGUYỄN THỊ KIỀU LINH Nguyenkieulinh10@gmail.com Ngành Hóa học Giảng viên hướng dẫn: PGS TS Trần Thu Hương Viện: Kỹ thuật Hóa học HÀ NỘI, 2020 Chữ ký GVHD CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập – Tự – Hạnh phúc BẢN XÁC NHẬN CHỈNH SỬA LUẬN VĂN THẠC SĨ Họ tên tác giả luận văn : Nguyễn Thị Kiều Linh Đề tài luận văn: Nghiên cứu chiết tách phân đoạn giàu polyphenol từ loài Bụp giấm (Hibiscus sabdariffa L.) hướng ứng dụng chúng Chuyên ngành: Hóa học Mã số học viên: CA180162 Tác giả, Người hướng dẫn khoa học Hội đồng chấm luận văn xác nhận tác giả sửa chữa, bổ sung luận văn theo biên họp Hội đồng ngày 20/6/2020 với nội dung sau: Bổ sung thêm danh mục chữ viết tắt; Điều chỉnh lại phần mục lục “Tài liệu tham khảo”; Sửa chữa lỗi in ấn, tả Ngày Giáo viên hướng dẫn CHỦ TỊCH HỘI ĐỒNG tháng năm Tác giả luận văn ĐỀ TÀI LUẬN VĂN Tên đề tài: Nghiên cứu chiết tách phân đoạn giàu polyphenol từ loài Bụp giấm (Hibiscus sabdariffa L.) hướng ứng dụng chúng Ngành: Hóa học Người hướng dẫn: PGS.TS Trần Thu Hương Giáo viên hướng dẫn (Ký ghi rõ họ tên) LỜI CẢM ƠN Em xin gửi lời cảm ơn chân thành sâu sắc đến PGS.TS Trần Thu Hương, thầy mơn Hóa hữu nói riêng Viện Kỹ thuật hóa học Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội nói chung tận tình truyền đạt kiến thức, hướng dẫn, giúp đỡ, đồng hành em suốt q trình học tập, thực hồn thành luận văn thạc sỹ Kính chúc thầy ln dồi sức khỏe, vui vẻ, thành công thuyền tri thức dìu dắt hệ tương lai Với kiến thức ỏi, luận văn khơng tránh khỏi sai sót, kính mong thầy bỏ qua, góp ý cho em để em học hỏi nâng cao kiến thức, kinh nghiệm lĩnh vực Em xin chân thành cảm ơn! HỌC VIÊN Nguyễn Thị Kiều Linh TÓM TẮT LUẬN VĂN Đài hoa Bụp giấm sử dụng nhiều chế biến thực phẩm, đồ uống, mỹ phẩm, dược phẩm thành phần chứa nhiều hợp chất polyphenol anthocyanin, quercetin, luteolin…, acid hữu cơ, nhựa, đường, alkaloid có tác dụng kháng khuẩn, chống viêm, chống oxy hóa, chống béo phì, chống bệnh tiểu đường, bảo vệ tim mạch… Bụp giấm dùng đơn giản loại rau, hay chế biến thành mứt…Ngày công nghệ chiết tách polyphenol từ Bụp giấm chế biến thành sản phẩm ứng dụng sống sử dụng nhiều Thay cho phương pháp chiết tách, làm giàu silicagell trước đây, việc sử dụng hạt nhựa macroporous D101 để làm giàu polyphenol hướng dung môi đơn giản, dùng thực phẩm, tốc độ hấp phụ nhanh, giá thành thấp tái sử dụng hạt nhựa nhiều lần Trong luận văn nghiên cứu điều kiện tối ưu tốc độ nạp dịch, tỷ lệ chiều cao đường kính cột, điểm dừng nạp dịch chiết Bụp giấm cột sắc ký hấp phụ nhựa macroporous D101; Đã nghiên cứu loại dung mơi, thể tích dung mơi giải hấp phụ polyphenol từ hạt nhựa macroporous D101 sau hấp phụ từ xây dựng quy trình tinh chế polyphenol từ dịch chiết bụp giấm hạt nhựa D101 Sau phân lập polyphenol từ dịch chiết Bụp giấm, thực nghiên cứu quy trình sản xuất sản phẩm đồ uống trà túi lọc từ cao chiết hoa Bụp giấm giàu polyphenol chè đen Kết đánh giá cảm quan, so sánh với chè đen truyền thống cho thấy sản phẩm có màu sắc, mùi vị… có hương vị chè kết hợp với mùi thơm vị chua Bụp giấm, có tác dụng giải khát, lọc thể nâng cao sức khỏe người Các kết khảo sát phù hợp với mục đích đặt đề tài, có ý nghĩa khoa học tính thực tiễn cao, sản phẩm trà túi lọc chứa polyphenol từ cao chiết Bụp giấm ứng dụng tạo sản phẩm phục vụ đời sống người Hướng phát triển đề tài: Tiếp tục nghiên cứu thêm ứng dụng chế biến sản phẩm thực phẩm, dược phẩm…khác MỤC LỤC DANH MỤC HÌNH iv DANH MỤC BẢNG vi MỞ ĐẦU CHƯƠNG TỔNG QUAN 1.1 Tổng quan polyphenol 1.1.1 Các dạng cấu trúc phenolic [5], [6] 1.1.2 Nguồn cung cấp chất polyphenol tự nhiên 1.2 Tổng quan Bụp giấm 10 1.2.1 Nguồn gốc phân bố 10 1.2.2 Mô tả thực vật học Bụp giấm 11 1.2.3 Các hợp chất polyphenol đài hoa Bụp giấm 13 1.2.4 Thành phần dinh dưỡng Bụp giấm 18 1.2.5 Hoạt tính sinh học bơng Bụp giấm 20 1.2.6 Ứng dụng Bụp giấm 21 1.2.7 Một số sản phẩm từ Bụp giấm 23 1.3 Tổng quan hạt nhựa macroporous D101 23 CHƯƠNG ĐỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 26 2.1 Đối tượng nghiên cứu 26 2.1.1 Nguyên liệu 26 2.1.2 Hóa chất 26 2.1.3 Thiết bị, dụng cụ 26 2.2 Phương pháp nghiên cứu 27 2.2.1 Khái niệm 27 2.2.2 Chọn dung môi chiết 27 2.2.3 Các phương pháp chiết 27 Phương pháp sắc ký cột: 28 2.2.4 Phương pháp xử lý hạt nhựa macroporous D101 29 2.2.5 Phương pháp xác định hàm lượng polyphenol tổng 29 2.3 Các cơng thức đánh giá q trình tinh chế polyphenol 29 2.3.1 Hiệu suất hấp phụ polyphenol hạt D101 [38] 29 2.3.2 Cơng thức tính dung lượng hấp phụ polyphenol hạt nhựa D101 [39]……… 29 2.3.3 Cơng thức tính hàm lượng polyphenol dung mơi rửa giải [38]……… 30 2.3.4 Công thức tính hiệu suất rửa giải chất tan dung môi rửa giải [38]… 30 2.3.5 Công thức tính hiệu suất rửa giải polyphenol dung mơi rửa giải [39]… 30 CHƯƠNG THỰC NGHIỆM 31 3.1 Nghiên cứu phương pháp xác định hàm lượng phenolic tổng 31 3.1.1 Phương pháp 31 3.1.2 Khảo sát giá trị sử dụng phương pháp [40] 31 3.2 Nghiên cứu trình hấp phụ polyphenol 34 i 3.2.1 Khảo sát tốc độ nạp dịch 34 3.2.2 Khảo sát tỉ lệ chiều cao khối hạt đường kính cột 36 3.2.3 Khảo sát điểm dừng trình nạp dịch qua cột macroporous D101……… 37 3.3 Nghiên cứu trình giải hấp phụ polyphenol từ hạt nhựa macroporous D101 38 3.3.1 Khảo sát dung môi rửa giải cột sau giai đoạn hấp phụ 38 3.3.2 Khảo sát thể tích dung môi rửa tạp 39 3.4 Nghiên cứu quy trình tinh chế polyphenol sử dụng hạt nhựa macroporous D101 44 3.5 Nghiên sản xuất trà túi lọc từ chè đen cao chiết Bụp giấm giàu polyphenol 46 CHƯƠNG KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 48 4.1 Đánh giá phương pháp đánh giá hàm lượng phenolic tổng 48 Xây dựng khoảng tuyến tính 48 Xác định giới hạn phát giới hạn định lượng phương pháp……… 50 Đánh giá độ lặp lại phương pháp 50 Đánh giá độ (độ thu hồi) phương pháp 51 4.2 Nghiên cứu trình nạp dịch chiết lên hạt nhựa macroporous D101 52 Khảo sát tốc độ nạp dịch 52 Khảo sát tỉ lệ chiều cao khối hạt đường kính cột 53 Khảo sát điểm dừng trình nạp dịch qua cột nhựa macroporous D101 54 4.3 Nghiên cứu trình giải hấp phụ polyphenol từ hạt nhựa macroporous D101 55 Khảo sát dung môi rửa giải cột sau giai đoạn hấp phụ 55 Khảo sát thể tích dung mơi rửa tạp 57 4.4 Đánh giá quy trình tinh chế polyphenol 63 4.5 Nghiên cứu sản xuất trà túi lọc từ chè đen bổ sung cao chiết Bụp giấm 66 KẾT LUẬN 69 TÀI LIỆU THAM KHẢO 70 ii DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT TCVN : Tiêu chuẩn Việt Nam PTN : Phịng thí nghiệm PGS : Phó giáo sư TS : Tiến sĩ AOAC : Asociation of Oficial Analyticial Analyticial Chemists SD : Độ lệch chuẩn RSD : Độ lệch chuẩn tương đối LOD : Giới hạn phát phương pháp LOQ : Giới hạn định lượng phương pháp TC : Thêm chuẩn TB : Trung bình BV : Thể tích hạt nhựa chiếm chỗ cột sắc ký iii DANH MỤC HÌNH Hình 1.1 Cấu trúc phenolic đơn giản Hình 1.2 Cấu trúc phenylpropanoid Hình 1.3 Cấu trúc coumarin Hình 1.4 Cấu trúc lignan Hình 1.5 Khung flavonoid Hình 1.6 Cấu trúc flavonoid Hình 1.7 Cấu trúc stilben Hình 1.8 Cấu trúc quinon Hình 1.9 Cấu trúc lignin Hình 1.10 Cây, hoa Bụp giấm 12 Hình 1.11 Một số sản phẩm từ Bụp giấm 23 Hình 1.12 Hình ảnh hạt nhựa macroporous D101 25 Hình 2.1 Đài hoa Bụp giấm (Hibicus sabdariffa L.) 26 Hình 2.2 Sắc ký cột hấp phụ 29 Hình 3.1 Quy trình chiết tách polyphenol từ đài hoa Bụp giấm 34 Hình 3.2 Quy trình khảo sát tốc độ nạp dịch qua cột nhựa 35 Hình 3.3 Quy trình khảo sát tỷ lệ chiều cao khối hạt đường kính cột 36 Hình 3.4 Quy trình khảo sát điểm dừng trình nạp dịch qua cột 37 Hình 3.5 Quy trình khảo sát dung môi giải hấp cột 38 Hình 3.6 Quy trình khảo sát thể tích nước rửa tạp 40 Hình 3.7 Quy trình khảo sát thể tích ethanol 5% rửa tạp 41 Hình 3.8 Quy trình khảo sát thể tích ethanol 10% rửa tạp 42 Hình 3.9 Quy trình khảo sát thể tích ethanol 30% rửa giải 43 Hình 3.10 Quy trình tinh chế polyphenol 45 Hình 3.11 Quy trình sản xuất trà túi lọc từ chè đen bổ sung cao chiết Bụp giấm 46 Hình 4.1 Phổ đồ acid gallic nồng độ khác 49 Hình 4.2 Sự phụ thuộc nồng độ acid gallic vào độ hấp thụ quang 49 Hình 4.3 Ảnh hưởng tốc độ nạp dịch đến hiệu suất hấp phụ polyphenol 52 iv Kết khảo sát thể tích ethanol 5% rửa tạp (bảng 4.12): Bảng 4.12 Kết khảo sát thể tích ethanol 5% rửa tạp Thời điểm Thể tích Khối lượng lấy mẫu (ml) (ml) chất tan Nồng độ Hiệu suất rửa Hiệu suất polyphenol giải polyphenol rửa giải chất (mg) (mg/ml) (%) tan (%) 63 63 116,46 0,053 3,36 8,97 126 63 89,84 0,042 2,68 6,92 189 63 54,01 0,028 1,8 4,16 252 63 24,93 0,009 0,6 1,92 315 63 17,66 0,006 0,38 1,36 378 63 8,83 0,003 0,2 0,68 441 63 4,41 0,003 0,2 0,34 Phần trăm (%) Hiệu suất rửa giải chất tan ethanol 5% biểu diễn hình 4.9: 10 63 126 189 252 315 378 441 Thể tích ethanol 5% Hiệu suất rửa giải polyphenol (%) Hiệu suất rửa giải chất tan (%) Hình 4.9 Quá trình rửa tạp ethanol 5% Từ bảng 4.12 hình 4.9 hiệu suất rửa giải polyphenol ethanol 5% thấp, phân đoạn lớn chiếm 3,36%, ta cần đánh giá hiệu suất rửa giải chất tan để lựa chọn điểm dừng giai đoạn rửa tạp ethanol 5% Hiệu suất rửa giải chất tan giảm dần từ thời điểm đến thời điểm 252ml, sau 59 thời điểm hiệu suất rửa giải chất tan khơng đáng kể, lựa chọn điểm dừng trình rửa tạp ethanol 5% 252ml Kết luận: Cột nhựa D101 sau hấp phụ rửa tạp 735ml nước 252ml ethanol 5% Khảo sát thể tích ethanol 10% rửa tạp Kết trình nạp dịch trình bày bảng 4.13: Bảng 4.13 Kết trình nạp dịch qua cột khảo sát thể tích ethanol 10% rửa tạp Thơng số dịch nạp Thông số dịch Nồng độ Khối lượng Nồng độ Thể Khối Kết nạp dịch Hiệu suất Hiệu suất hấp chất tan polyphenol lượng chất hấp phụ phụ polyphenol tích polyphenol (ml) (mg/ml) (mg) (mg/ml) 300 0,34 1950 0,01 tan (mg) chất tan (%) 652 (%) 66,57 96,61 Kết khảo sát thể tích ethanol 10% rửa tạp (bảng 4.14): Bảng 4.14 Kết khảo sát thể tích ethanol 10% rửa tạp Thời điểm Thể Khối lượng Nồng độ lấy mẫu tích chất tan (ml) (ml) (mg) (mg/ml) (%) (%) 63 63 69,88 0,079 5,03 5,38 126 63 53,90 0,047 3,00 4,15 189 63 32,41 0,043 2,74 2,50 252 63 14,96 0,008 0,51 1,15 315 63 10,59 0,006 0,38 0,82 378 63 5,30 0,004 0,26 0,41 441 63 2,65 0,003 0,19 0,20 Hiệu suất rửa polyphenol giải polyphenol Hiệu suất rửa giải chất tan 60 Phần trăm (%) Đường biểu diễn hiệu suất rửa giải chất tan ethanol 10% (hình 4.10): 63 126 189 252 315 378 Thể tích ethanol 10% (ml) 441 Hiệu suất rửa giải polyphenol (%) Hiệu suất rửa giải chất tan (%) Hình 4.10 Quá trình rửa tạp ethanol 10% Từ bảng 4.14 hình 4.10 thấy hiệu suất rửa giải polyphenol ethanol 10% thấp, phân đoạn lớn chiếm 5,03%, ta cần đánh giá hiệu suất rửa giải chất tan để lựa chọn điểm dừng giai đoạn rửa tạp ethanol 10% Hiệu suất rửa giải chất tan giảm dần từ thời điểm đến thời điểm 189ml, sau thời điểm hiệu suất rửa giải chất tan không đáng kể, lựa chọn điểm dừng q trình rửa tạp ethanol 10% 189ml Kết luận: Cột nhựa D101 sau hấp phụ thực rửa tạp 735ml nước, 252 ethanol 5% 189ml ethanol 10% Khảo sát thể tích ethanol 30% giải hấp phụ Kết giai đoạn nạp dịch trình bày bảng 4.15: Bảng 4.15 Kết trình nạp dịch qua cột khảo sát thể tích ethanol 30% giải hấp phụ Thơng số dịch nạp Thể Nồng độ Khối Thông số dịch Nồng độ Khối tích polyphenol lượng chất polyphenol lượng chất (ml) (mg/ml) tan (mg) (mg/ml) 300 0,34 1950 0,01 Kết nạp dịch Hiệu suất Hiệu suất hấp hấp phụ phụ polyphenol tan (mg) chất tan (%) 652 66,57 (%) 96,61 61 Kết khảo sát thể tích ethanol 30% ethanol rửa giải: (bảng 4.16): Bảng 4.16 Kết khảo sát thể tích ethanol 30% rửa giải Thời Thể Phân điểm lấy tích Khối lượng đoạn mẫu (ml) (ml) chất tan Nồng độ Hàm lượng Hiệu suất polyphenol polyphenol (mg/ml) (%) Hiệu suất rửa giải rửa giải chất polyphenol (mg) tan (%) (%) 21 21 54,56 0,782 30,10 16,60 6,09 42 21 31,45 0,624 41,66 13,24 3,51 63 21 19,30 0,467 50,81 9,92 2,16 84 21 16,51 0,413 52,53 8,76 1,84 105 21 12,59 0,344 57,37 7,31 1,41 126 21 11,09 0,293 55,47 6,21 1,24 147 21 9,34 0,239 53,72 5,08 1,04 168 21 8,51 0,169 41,69 3,82 1,01 189 21 2,94 0,023 16,41 1,49 1,00 10 210 21 2,08 0,006 6,07 0,55 1,00 phần trăm (%) Hiệu suất rửa giải polyphenol ethanol 30% thời điểm (hình 4.11): 70 60 50 40 30 20 10 21 42 63 84 105 126 147 168 189 210 Thời điểm rửa giải (ml) Hàm lượng polyphenol (%) Hiệu suất rửa giải polyphenol (%) Hình 4.11 Quá trình giải hấp phụ ethanol 30% 62 Từ bảng 4.16 hình 4.11 thấy hiệu suất rửa giải polyphenol giảm dần rửa giải từ 21ml đến 168ml, sau từ thời điểm rửa giải189ml ÷ 210ml, hiệu suất rửa giải polyphenol không đáng kể Do chọn dừng q trình rửa giải ethanol 30% thể tích 168ml Hàm lượng polyphenol phân đoạn 41,69% Kết luận: Cột nhựa D101 sau hấp phụ thực rửa tạp 735ml nước; 252 ethanol 5%; 189ml ethanol 10% 168ml ethanol 30% 4.4 Đánh giá quy trình tinh chế polyphenol Kết giai đoạn nạp dịch sau (bảng 4.17): Bảng 4.17 Kết q trình nạp dịch đánh giá tính ổn định quy trình tinh chế polyphenol Thơng số dịch nạp Thông số dịch Thể Nồng độ Khối lượng Nồng độ Cột tích polyphenol chất tan polyphenol Kết nạp dịch Khối lượng Hiệu suất Dung lượng chất tan hấp phụ hấp phụ (mg/g) (ml) (mg/ml) (mg) (mg/ml) (mg) (%) 300 0,34 1955 0,013 658 96,18 7,72 300 0,34 1950 0,012 655 96,47 7,74 300 0,34 1958 0,010 653 97,06 7,79 TB ± SD RSD (%) 96,56 7,75 ± ± 0,45 0,04 0,46 0,47 Kết giai đoạn rửa tạp dung môi nước (bảng 4.18): Bảng 4.18 Kết trình rửa tạp nước đánh giá tính ổn định quy trình tinh chế polyphenol Thể tích Khối lượng chất tan Hiệu suất rửa giải chất tan (ml) (mg) (%) 735 313,23 24,15 735 311,97 24,09 735 316,46 24,25 Mẫu 63 Kết giai đoạn rửa tạp ethanol 5% (bảng 4.19): Bảng 4.19 Kết trình rửa tạp ethanol 5% đánh giá tính ổn định quy trình tinh chế polyphenol Thể tích Khối lượng Nồng độ Hiệu suất rửa Hiệu suất rửa (ml) chất tan polyphenol giải chất tan giải polyphenol (mg) (mg/ml) (%) (%) 252 284,95 0,033 21,97 8,44 252 286,58 0,033 22,13 8,32 252 283,97 0,033 21,76 8,50 Kết giai đoạn rửa tạp ethanol 10% (bảng 4.20): Bảng 4.20 Kết quả trình rửa tạp ethanol 10% đánh giá tính ổn định quy trình tinh chế polyphenol Thể tích Khối lượng Nồng độ Hiệu suất rửa Hiệu suất rửa (ml) chất tan polyphenol giải chất tan giải polyphenol (mg) (mg/ml) (%) (%) 189 157,20 0,056 12,12 10,79 189 158,38 0,056 12,23 10,82 189 157,64 0,057 12,08 10,89 Kết trình giải hấp phụ ethanol 30% (bảng 4.21): Bảng 4.21 Kết trình rửa giải ethanol 30% đánh giá tính ổn định quy trình tinh chế polyphenol Hàm lượng polyphenol Hàm lượng polyphenol từ Hàm lượng polyphenol Cột từ 30% - 40% 40% - 50% ≥ 50% (Phân đoạn 1) (Phân đoạn 2, 8) (phân đoạn ÷7) Thể Hiệu suất Hiệu suất Thể Hiệu suất Hiệu suất Thể Hiệu suất Hiệu suất tích rửa giải rửa giải tích rửa giải rửa giải tích rửa giải rửa giải (ml) polyphenol chất tan (ml) polyphenol chất tan (ml) polyphenol chất tan (%) (%) (%) (%) (%) (%) 21 16,60 6,11 42 17,05 4,56 105 37,27 7,71 21 16,72 6,19 42 17,21 4,49 105 37,23 7,69 21 16,46 6,15 42 17,15 4,58 105 37,12 7.,75 TB ± SD 16,59 ± 0,13 6,15 ± 0.04 37,21 ± 0,08 7,72 ± 0,03 RSD (%) 0,78 0,65 0,21 0,40 17,14 ± 4,54 ± 0,08 0,05 0,47 1,04 64 Từ kết bảng 4.17 đến 4.21 nhận thấy thông số quy trình tinh chế polyphenol quy mơ phịng thí nghiệm ổn định, RSD