Bài viết Tối ưu hóa quá trình chiết xuất một số hợp chất có hoạt tính sinh học trong hải sâm (Holothuria scabra) nghiên cứu tối ưu hóa quá trình chiết xuất với sự hỗ trợ của sóng siêu âm để chiết xuất một số hợp chất có hoạt tính sinh học trong hải sâm bằng cách thiết kế thí nghiệm và tính toán trên phần mềm Design expert (phiên bản 7.1 Trial, StatEaseInc., Minneapolis, USA).
Ngơ Thị Minh Phương 126 TỐI ƯU HĨA Q TRÌNH CHIẾT XUẤT MỘT SỐ HỢP CHẤT CĨ HOẠT TÍNH SINH HỌC TRONG HẢI SÂM (HOLOTHURIA SCABRA) OPTIMIZATION OF BIOACTIVE COMPOUNDS FROM SEA CUCUMBERS (HOLOTHURIA SCABRA) Ngô Thị Minh Phương* Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật - Đại học Đà Nẵng1 Tác giả liên hệ: ntmphuong@ute.udn.vn (Nhận bài: 07/9/2022; Chấp nhận đăng: 26/10/2022) * Tóm tắt - Bài báo nghiên cứu tối ưu hóa q trình chiết xuất với hỗ trợ sóng siêu âm để chiết xuất số hợp chất có hoạt tính sinh học hải sâm cách thiết kế thí nghiệm tính toán phần mềm Design expert (phiên 7.1 Trial, StatEaseInc., Minneapolis, USA) Kết cho thấy, nhiệt độ thời gian siêu âm có ảnh hưởng đến q trình chiết xuất Điều kiện tối ưu để chiết xuất nhiệt độ 51,9oC; Thời gian 38,97 phút hàm lượng flavonoid, phenolic saponin thu từ hải sâm tương ứng 5,02 mg GAE/g; 1,48 mg RE/g; 0,36 mg DE/g Kết cho thấy, tiềm việc chiết xuất với hỗ trợ sóng siêu âm để sản xuất hợp chất hoạt tính sinh học từ hải sâm nhằm ứng dụng y học thực phẩm chức Abstract - This study aims to optimize ultrasound-assisted extraction parameters affecting bioactive compounds yield from sea cucumbers, such as temperature, time by designing experiments and calculations on Design expert Software (version 7.1 Trial, Stat – Ease Inc., Minneapolis, USA) It was found that, ultrasonic temperature and time played the important role in the extraction process The optimum conditions for extraction of these bioactive compounds were 51.92oC; 38.97 minutes and the yield of flavonoid, phenolic saponin were 5.02 mg GAE/g; 1.48 mg RE/g; 0.36 mg DE/g, respectively The results prove the potentials for the ultrasonicassisted extraction to produce bioactive compounds from sea cucumbers for medical and functional food applications Từ khóa - Flavonoid; hải sâm; phenolic; saponin; tối ưu hóa Key words - Flavonoid; sea cucumber; phenolic; saponin; optimization Đặt vấn đề Trong năm gần đây, Việt Nam có cơng trình khoa học nghiên cứu sinh vật biển, xu hướng mở tìm kiếm hợp chất thiên nhiên có hoạt tính sinh học cao từ sinh vật biển Từ nghiên cứu thành phần, cấu trúc tổng hợp nên hợp chất có giá trị y học cao [1] Trong đa dạng sinh vật biển hải sâm lồi nhận quan tâm đặc biệt nhà khoa học nước Ở Việt Nam quốc gia ven biển Thái Bình Dương hải sâm khơng có giá trị ẩm thực mà cịn mang giá trị y học Nhiều loại có có hoạt tính sinh học sử dụng để chế tạo dược phẩm trị hen suyễn, thấp khớp, chất điều trị ung thư Đặc biệt, ăn từ hải sâm có giá trị dinh dưỡng lớn, đặc biệt việc trị chứng bệnh sinh lý [2] Theo nghiên cứu trước cho thấy, hải sâm chứa lượng hợp chất có hoạt tính sinh học phenolic, flavonoid, saponin… Các hợp chất thể hoạt động dược học vô phong phú đa dạng chống ung thư, kháng sinh, kháng viêm, kháng virus, chống oxy hóa,… [3-5] Hiện nay, nghiên cứu, đánh ứng dụng hoạt tính sinh học hải sâm Việt Nam khiêm tốn, chưa tận dụng hết nguồn tài nguyên biển quý giá Sóng siêu âm có tác dụng làm tăng hòa tan chất tan vào dung mơi tăng q trình khuyếch tán chất tan Sóng siêu âm cường độ cao phá vỡ cấu trúc tế bào, thúc đẩy trình chiết Ưu điểm phương pháp chiết xuất với hỗ trợ siêu âm rút ngắn đáng kế thời gian chiết, áp dụng cho hầu hết loại dung mơi có độ phân cực khác nhau, lượng dung mơi sử dụng ít, chi phí thấp giảm ô nhiễm môi trường [6] Để khai thác hiệu nguồn tài nguyên quý này, việc nghiên cứu tách chiết hoạt chất sinh học từ hải sâm cần thiết lí chọn đề tài “Nghiên cứu tối ưu hóa q trình chiết xuất số hợp chất có hoạt tính sinh học từ hải sâm” Nghiên cứu thực khảo sát ảnh hưởng nhiệt độ thời gian siêu âm đến hàm lượng hợp chất có hoạt tính sinh học chứa hải sâm, tối ưu hóa điều kiện thực nghiệm để có hiệu chiết xuất cao Từ đó, tạo sở cho nghiên cứu lĩnh vực tìm kiếm hoạt chất ứng dụng vào thực tế sống đồng thời góp phần bảo tồn lồi q hiếm, lồi có vai trị quan trọng hệ sinh vật biển Vật liệu phương pháp nghiên cứu 2.1 Vật liệu chuẩn bị mẫu 2.1.1 Nguyên liệu Hải sâm có tên khoa học Holothuria scabra có nguồn gốc Cam Ranh, Khánh Hịa Sau thu nhận, đưa phịng thí nghiệm, làm sấy khô 60oC đến độ ẩm cuối 6%, sau nghiền mịn đến kích thước khoảng 0,2 – 0,5mm Sau đó, bảo quản bột lọ kín nhiệt độ phịng 2.2 Phương pháp nghiên cứu 2.2.1 Thí nghiệm chiết xuất số chất có hoạt tính sinh học có hỗ trợ sóng siêu âm Các thí nghiệm q trình chiết xuất tác dụng sóng siêu âm thực bể siêu âm (WUC.D2211, Daihan, Hàn Quốc) với công suất 528W, tần số siêu âm 40kHz Theo số tài liệu tham khảo, sử dụng dung mơi ethanol:nước; methanol:nước; isopropyl alcohol: nước; The University of Danang - University of Technology and Education (Thi Minh Phuong Ngo) ISSN 1859-1531 - TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CƠNG NGHỆ - ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG, VOL 20, NO 11.2, 2022 methanol:acetone; isopropyl alcohol:acetone để chiết xuất số hợp chất có hoạt tính sinh học phenolic, flavonoid, saponin Trong đó, dung môi methanol:nước cất cho kết tốt thường sử dụng [6, 7] Hình Thiết bị siêu âm Trong thí nghiệm, 5g hải sâm phối trộn với dung môi methanol:nước cất (methanol:nước cất với tỉ lệ 3:1) với tỉ lệ nguyên liệu:dung môi 1:20 (g/ml) Tiến hành chiết khoảng nhiệt độ 40oC, 50oC, 60oC, 70oC thời gian 20 phút, 30 phút, 40 phút 50 phút, mức lượng siêu âm cố định 60% Sau chiết, mẫu làm nguội bể nước đá phút sau ly tâm với tốc độ 6000 vịng/phút 10 phút để thu dịch chiết Sau đó, dịch chiết lọc qua Whatman số loại bỏ dung môi thiết bị cô quay chân không 40oC Dịch chiết bảo quản lọ thủy tinh 4oC để phân tích hàm lượng số hợp chất có hoạt tính sinh học [8] Thí nghiệm khảo sát đơn biến trình chiết xuất số hợp chất có hoạt tính sinh học từ hải sâm có hỗ trợ sóng siêu âm Nguyên liệu xử lí đưa vào thực q trình chiết xuất tác dụng sóng siêu âm, ảnh hưởng thời gian siêu âm nhiệt độ siêu âm nghiên cứu khảo sát đơn biến sau: - Khảo sát ảnh hưởng nhiệt độ siêu âm: Yếu tố cố định thời gian siêu âm 30 phút, tỉ lệ nguyên liệu:dung môi 1:20, mức lượng siêu âm 60% Thí nghiệm bố trí khảo sát mốc nhiệt độ: 40oC, 50oC, 60oC, 70oC - Khảo sát ảnh hưởng thời gian siêu âm: Yếu tố cố định nhiệt độ siêu âm 50oC, tỉ lệ nguyên liệu:dung môi 1:20, mức lượng siêu âm 60% Thí nghiệm bố trí khảo sát mốc thời gian: 20 phút, 30 phút, 40 phút 50 phút Ảnh hưởng yếu tố đánh giá cách xác định hàm lượng phenolic, flavonoid saponin Tối ưu hóa q trình chiết xuất số hợp chất có hoạt tính sinh học từ hải sâm có hỗ trợ sóng siêu âm Bài tốn đặt tối ưu hóa thực nghiệm q trình chiết tách phenolic, flavonoid saponin có dạng sau: Ymax = Y(x1, x2) Y: hàm lượng phenolic, flavonoid saponin thu nhận; x1: Nhiệt độ chiết; x2: Thời gian chiết; Chọn phương án quy hoạch trực giao cấp TYT 2k Mơ tả tốn học biểu diễn sau: Y = b0 + b1x1 + b2x2+ b12x1x2 + b11x12 + b22x22 Trong đó: b1, b2 hệ số bậc b12 hệ số tương tác cặp yếu tố; b11, b22, hệ số bậc hai 127 Số thí nghiệm tiến hành: 2k + 2k + n0 k: số yếu tố ảnh hưởng, k = 2k số thí nghiệm quy hoạch trực giao cấp 2k số thí nghiệm điểm - n0 số thí nghiệm tâm, chọn n0 = 3; - Như số thí nghiệm cần thực N = 11 Thiết kế ma trận thí nghiệm tối ưu hóa điều kiện chiết tách phần mềm Design expert 7.1 2.2.2 Phương pháp xác định hàm lượng phenolic tổng - Nguyên tắc: Tổng hàm lượng phenolic xác định cách sử dụng thuốc thử Folin-Ciocalteu [9, 10] Trong thành phần thuốc thử Folin-Ciocalteu có phức hợp phospho-wolframphosphomolydat Phức hợp bị khử hợp chất polyphenol tạo thành sản phẩm sản ứng màu xanh thẫm - Cách tiến hành: Để xác định tổng hàm lượng phenolic, ta tiến hành lấy 0,5 ml dịch chiết (50 mg / ml) thêm vào 2,5 ml thuốc thử Folin-Ciocalteu 10% 1,25 ml natri cacbonat 20% cho vào ống nghiệm đậy kín Ống nghiệm lắc ủ nhiệt độ môi trường (28°C) 40 phút Độ hấp thụ hỗn hợp sau đo bước sóng 725 nm máy quang phổ Tổng hàm lượng phenolic dịch chiết tính tốn từ phương trình thu từ đường chuẩn tạo với dung dịch acid gallic hòa tan metanol biểu thị đương lượng axit gallic (GAE) gam chất khơ 𝑐×𝑉 𝑃= 𝑚 Trong đó: P: tổng hàm lượng hợp chất phenolic (mg GAE/g); c: nồng độ acid gallic đương lượng từ đường chuẩn (µg/g); V: thể tích dịch chiết (ml); m: khối lượng chất khơ có V (g) 2.2.3 Phương pháp xác định hàm lượng flavonoid - Nguyên tắc: Tổng hàm lượng flavonoid xác định cách sử dụng xét nghiệm so màu nhôm clorua [9,11] - Cách tiến hành: Tổng hàm lượng flavonoid thực cách thêm 0,5 ml dịch chiết (50 mg/ml) vào 0,3 ml NaNO2 (5%) ống nghiệm đậy kín lắc Sau ủ phút; 0,3 ml AlCl3(10%) thêm vào ống nghiệm tiếp tục ủ phút Khoảng ml NaOH (1M) 1,4 ml nước cất thêm vào hỗn hợp lắc trước đo độ hấp thụ bước sóng 510 nm máy quang phổ Tổng hàm lượng flavonoid dịch chiết tính tốn từ phương trình thu từ đường chuẩn tạo với dung dịch rutin hịa tan metanol, Tổng hàm lượng flavonoid biểu thị đương lượng rutin (RE) gam chất khô Hàm lượng flavonoid rutin đương lượng tính theo cơng thức sau: 𝑐×𝑉 𝐹= 𝑚 Trong đó: F: tổng hàm lượng hợp chất flavonoid (mg QE/g); c: nồng độ quercetin đương lượng từ đường chuẩn (µg/g); Ngơ Thị Minh Phương 128 m: khối lượng chất khơ có V (g) 2.2.5 Phương pháp xử lý số liệu Các số liệu thí nghiệm xử lý phần mềm Microsoft Excel 2010 phần mềm thống kê Minitab 18 Kết phân tích ANOVA với độ tin cậy 95%, so sánh khác biệt có ý nghĩa số liệu biểu diễn giá trị trung bình Kết thảo luận 3.1 Ảnh hưởng nhiệt độ siêu âm đến hàm lượng số hợp chất có hoạt tính sinh học có hải sâm Ảnh hưởng nhiệt độ siêu âm đến hàm lượng số hợp chất có hoạt tính sinh học hải sâm biểu diễn đồ thị Hình 2, Hình Hình Nhiệt độ yếu tố quan trọng ảnh hưởng tới hiệu suất chiết mà ảnh hưởng đến chất lượng phenolic Nhiệt độ làm giảm độ nhớt dung dịch, tăng tốc độ thẩm thấu dung mơi vào tế bào tăng hiệu suất trích li Tuy nhiên, chiết nhiệt độ cao tăng chi phí ổn nhiệt tăng nguy giảm chất lượng dịch chiết chất có hoạt tính sinh học dịch chiết nhạy cảm với yếu tố nhiệt độ Đồ thị Hình cho thấy, hàm lượng phenolic hải sâm thu cao siêu âm nhiệt độ 50oC 60oC (với hàm lượng phenolic tương ứng 5,46 5,52 mg GAE/g chất khô) thấp 70oC (3,38mg GAE/g chất khơ) Hợp chất phenolic có xu hướng ngày tăng thời gian đầu trình chiết xuất có chênh lệch nồng độ hợp chất phenolic dung môi tế bào Nhưng tăng nhiệt độ siêu âm đến 70oC hàm lượng phenolic giảm bị phân hủy nhiệt độ cao 70oC 5.46 Hàm lượng Phenolic (mg GAE/g) 5.52 4.23 3.38 40 50 60 Nhiệt độ siêu âm (oC) 70 Hình Ảnh hưởng nhiệt độ đến hàm lượng phenolic (mg GAE/g) hải sâm Hàm lượng Flavonoid (mg RE/g) 1.2 0.8 0.97 0.90 0.74 0.85 0.4 0.0 40 50 60 Nhiệt độ siêu âm (oC) 70 Hình Ảnh hưởng nhiệt độ đến hàm lượng flavonoid (mg RE/g) hải sâm Từ đồ thị Hình 3, thấy hàm lượng flavonoid hải sâm tăng dần nhiệt độ chiết siêu âm tăng từ 40oC đến 50oC Khi nhiệt độ chiết tăng đến 60-70oC hàm lượng flanonoid khơng tăng mà bắt đầu giảm Tăng nhiệt độ đẩy nhanh trình trương nở nguyên liệu thô, làm mềm vỡ sinh thực vật, làm suy yếu tương tác phenol-protein phenol-polysaccharide, tăng khả hòa tan hợp chất chiết xuất tốc độ khuếch tán dung môi, giảm độ nhớt sức căng bề mặt [13] Kết là, nhiệt độ tăng dần, chuyển khối lượng hợp chất từ hải sâm cải thiện Nhưng đến giá trị định, hàm lượng flavonoid giảm dần Có thể giải thích, tác dụng nhiệt độ cao hợp chất phenolic bị chuyển hóa đồng thời nhiệt độ cao làm cho dung môi bay ảnh hưởng đến hiệu chiết phenolic 0.4 Hàm lượng Saponin (mg DE/g) V: thể tích dịch chiết (ml); m: khối lượng chất khơ có V (g) 2.2.4 Phương pháp xác định hàm lượng saponin - Nguyên tắc: Tổng hàm lượng saponin xác định theo sửa đổi nhỏ phương pháp đo lượng axit vanilin-sulfuric [9, 12] - Cách tiến hành: Để xác định tổng hàm lượng saponin, ta tiến hành cho vào ống nghiệm 0,25 ml dịch chiết (50 mg/ml); 0,25 ml thuốc thử vanilin (8%) 0,25 ml H2SO4 72% ống nghiệm đậy kín - Ống nghiệm lắc đun nồi cách thủy nóng trì 60°C Sau 10 phút, hỗn hợp mẫu làm lạnh nước đá lạnh phút, sau đó, đo độ hấp thụ bước sóng 544 nm, sử dụng máy quang phổ Hàm lượng saponin tính tốn từ phương trình thu từ đường chuẩn tạo với dung dịch diosgenin hòa tan metanol tổng hàm lượng saponin biểu thị đương lượng diosgenin (DE) gam chất khô Hàm lượng saponin đương lượng diosgenin tính theo cơng thức sau: 𝑐×𝑉 𝑆= 𝑚 Trong đó: S: tổng hàm lượng hợp chất Saponin (mg DE/g); c: nồng độ diosgenin đương lượng từ đường chuẩn (µg/g); V: thể tích dịch chiết (ml); 0.30 0.3 0.32 0.28 0.25 0.2 0.1 0.0 40°C 50°C 60°C Nhiệt độ khảo sát (oC) 70°C Hình Ảnh hưởng nhiệt độ đến hàm lượng saponin (mg DE/g) hải sâm Kết đồ thị Hình cho thấy hàm lượng saponin hải sâm cao chiết siêu âm nhiệt độ 50oC (0,32 mg DE/g chất khô) thấp 70oC (0,25mg DE/g chất khô) Hàm lượng saponin tăng nhiệt độ siêu âm tăng từ 40 – 50oC, nhiên sau giảm xuống dần Điều giải thích q trình chiết dung mơi methanol:nước, tăng nhiệt độ làm cho động học trình chiết tăng lên chất chiết khỏi tế bào tốt Tuy nhiên, nhiệt độ tăng, số chất bị phân hủy, đồng thời nồng độ chất có mặt dung mơi chiết tăng dần đến bão hịa làm giảm khả chiết ISSN 1859-1531 - TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ - ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG, VOL 20, NO 11.2, 2022 5.5 4.86 5.0 4.5 4.96 5.04 4.42 4.0 20 30 40 Thời gian siêu âm (phút) 50 Hình Ảnh hưởng thời gian đến hàm lượng phenolic (mg GAE/g) hải sâm Hàm lượng Flavonoid (mg RE/g) Kết Hình cho thấy hàm lượng phenolic hải sâm cao chiết siêu âm khoảng 40 phút (4,96 mg GAE/g chất khô) Khi kéo dài thời gian siêu âm đến 50 phút hàm lượng phenolic không tăng (5,04 mg GAE/g chất khô) Hàm lượng phenolic tăng dần theo thời gian siêu âm Theo vài nghiên cứu cho thấy, thời gian trích ly dài tạo điều kiện cho phản ứng hóa học xảy ra, phần phenolic bị oxy hóa, phần phản ứng phân hủy nhiệt phản ứng trùng hợp hợp chất phenolic với nhau, làm ảnh hưởng đến chất lượng phenolic thu Ngược lại, rút ngắn thời gian trích cấu trúc nguyên liệu chưa kịp bị phá vỡ, lượng phenolic chưa trích hết, làm giảm hiệu suất trích ly Kết đồ thị Hình cho thấy, điều kiện, thời gian chiết khác hàm lượng flavonoid tồn phần thu khác Thời gian siêu âm cho hàm lượng flavonoid cao 40 phút (1,50mg RE/g chất khô), thấp 20 phút (0,77mg RE/g chất khô) Hàm lượng flavonoid tăng dần từ 20 phút đến 40 phút giảm 50 phút 2.0 1.49a 1.5 0.97 1.0 1.05 0.77 0.5 0.0 20 30 40 Thời gian siêu âm (phút) 50 Hình Ảnh hưởng thời gian đến hàm lượng flavonoid (mg RE/g) hải sâm Kết giải thích thời gian tiếp xúc nguyên liệu dung mơi ngắn nên có hợp chất hữu có kích thước nhỏ hịa tan vào dung môi Khi tăng thời gian siêu âm, hợp chất có khối lượng phân tử lớn trích ly khỏi nguyên liệu ảnh hưởng dung môi phân cực, hàm lượng flavonoid tồn phần thu tăng lên Khi đến giai đoạn định, hàm lượng flavonoid tồn phần khơng tăng lên mà có xu hướng giảm xuống Nguyên nhân tác động cường độ sóng siêu âm thời gian dài làm cho số flavonoid tồn phần nhạy cảm với sóng siêu âm bị phân hủy [8] Mặt khác, nguyên liệu ngâm dung môi thời gian dài trương nở làm che lấp khoảng trống nguyên liệu, cản trở khả thẩm thấu dung môi vào nguyên liệu nên hiệu suất chiết flavonoid toàn phần giảm Điều chứng tỏ thời gian siêu âm ảnh hưởng đến hàm lượng flavonoid nhiều so với hàm lượng phenolic Hàm lượng Saponin (mg DE/g) Hàm lượng Phenolic (mg GAE/g) tách chất Ngoài ra, hàm lượng saponin giảm dần tăng nhiệt độ chiết lên 60oC, 70oC liên quan đến mức độ bay dung môi [14] Từ kết thu được, nhiệt độ hợp lý để siêu âm nhằm chiết xuất số hợp chất có hoạt tính sinh học từ hải sâm 50oC 3.2 Ảnh hưởng thời gian siêu âm đến hàm lượng số hợp chất có hoạt tính sinh học có hải sâm Ảnh hưởng thời gian siêu âm đến hàm lượng số hợp chất có hoạt tính sinh học hải sâm biểu diễn biểu đồ Hình 5, Hình Hình 129 0.4 0.3 0.32 0.36a 0.28 0.22 0.2 0.1 0.0 20 30 40 Thời gian siêu âm (phút) 50 Hình Ảnh hưởng thời gian đến hàm lượng saponin (mg DE/g) hải sâm Kết Hình cho thấy rằng, thời gian chiết khác hàm lượng saponin thu khác Thời gian siêu âm cho hàm lượng saponin cao 40 phút (0,34mg DE/g chất khô), thấp 20 phút (0,22mg DE/g chất khô) Hàm lượng saponin tăng dần từ 20 phút đến 40 phút giảm 50 phút Điều giải thích thời điểm siêu âm 40 phút thời điểm hòa tan lượng chất bão hòa nhiều Tuy nhiên sau đó, chất nguyên liệu chiết tách thời gian dài bị bay Từ kết thu được, thời gian siêu âm hợp lý để chiết xuất số hợp chất có hoạt tính sinh học từ hải sâm 40 phút 3.3 Tối ưu hóa trình chiết xuất số hợp chất có hoạt tính sinh học từ hải sâm Theo nghiên cứu khảo sát trước, chọn dung mơi thích hợp cho việc chiết xuất số hợp chất có hoạt tính sinh học từ hải sâm dung môi methanol:nước (tỉ lệ 3:1) với tỉ lệ nguyên liệu:dung môi 1:20 (g/ml) điều kiện thí nghiệm, mức yếu tố mô tả Bảng Bảng Các mức yếu tố ảnh hưởng Mức yếu tố Các yếu tố ảnh Mức * Mức Mức sở Mức Mức * hưởng +1 - -1 + o x1, Nhiệt độ ( C) 64,14 60 50 40 35,86 x2, Thời gian (phút) 54,14 50 40 30 25,86 Thiết kế phần mềm Design expert 7.1, thu ma trận thực nghiệm tổ chức thí nghiệm thu kết Bảng Phân tích phương sai ANOVA mơ hình hồi quy bậc hai hàm lượng phenolic, thu kết trình bày Bảng Ngơ Thị Minh Phương 130 Bảng Ma trận thực nghiệm kết thí nghiệm (TN) Thí Nhiệt độ Thời gian P F S nghiệm (oC) (phút) (mgGAE/g) (mg RE/g) (mgDEE/g) -α 3,41 0,95 0,34 + 5,52 0,90 0,28 0 5,01 1,42 0,36 +α 4,96 0,93 0,26 0 4,82 1,56 0,34 +α 4,11 0,89 0,32 + 3,99 0,74 0,16 4,23 0,74 0,3 -α 4,64 0,87 0,27 10 + + 4,09 0,53 0,42 11 0 5,05 1,5 0,37 Bảng Bảng phân tích hồi quy hàm lượng phenolic điều kiện chiết xuất Các biến số hồi quy x0 x1 x2 x1x2 x12 x22 Lack of Fit Các hệ số b Mean Square F Value p-value Prob > F 4,97 0,3 -0,15 -0,3 -0,56 -0,037 0,71 0,19 0,35 1,75 7,853.10-3 5,48 1,43 2,74 13,57 0,061 0,0663 0,2849 0,1588 0,0142 0,8151 Kiểm định ý nghĩa (0,05) + + - 0,22 14,26 0,0662 - Ghi chú: +: có nghĩa; -: khơng có nghĩa Dựa vào kết phân tích Bảng 3, tìm phương trình hồi quy có dạng sau: Y = 4,96 - 0,56x12 (1) Trong đó: Y: Hàm lượng phenolic (mg GAE/g chất khô); x1: Nhiệt độ chiết (oC) Giá trị “Lack of Fit” 0,0662 > p = 0,05 cho thấy mô hình chọn phù hợp với thực nghiệm tiến hành thí nghiệm Kết phân tích ANOVA phương trình hồi quy cho thấy nhiệt độ chiết ảnh hưởng tới hàm lượng phenolic thu được, cụ thể khoảng nhiệt độ khảo sát tối ưu, nhiệt độ cao hàm lượng phenolic thu thấp Điều chứng tỏ, phenolic hợp chất nhạy cảm với nhiệt Nhiệt độ cao làm phá vỡ cấu trúc phenolic, làm giảm hàm lượng phenolic thu Phân tích phương sai ANOVA mơ hình hồi quy bậc hai hàm lượng flavonoid, thu kết trình bày Bảng Bảng Bảng phân tích hồi quy hàm lượng flavonoid điều kiện chiết xuất Các Các hệ số biến số b hồi quy x0 1,5 x1 -0,017 x2 0,036 x1x2 -0,092 x12 -0,34 x22 -0,35 Lack of Fit Mean Square F Value p-value Prob > F 2,273.10-3 0,010 0,034 0,62 0,66 0,11 0,50 1,67 30,42 32.28 0,7526 0,5128 0,2528 0,0027 0,0024 Kiểm định ý nghĩa (0,05) + + + 0,031 6,26 0,1409 - Ghi chú: +: có nghĩa; -: khơng có nghĩa Dựa vào kết trình bày Bảng kết phân tích phần mềm Design expert 7.1, đưa phương trình hồi quy thể mối liên hệ đại lượng sau: Y = 1,5 – 0,0027x12 – 0,024x22 (2) Trong đó: Y: Hàm lượng flavonoid (mg RE/g chất khô); x1: Nhiệt độ chiết (oC); x2: Thời gian chiết (phút) Giá trị “Lack of Fit” 0,1409 > p = 0,05 thấy mơ hình chọn phù hợp với thực nghiệm tiến hành thí nghiệm Hệ số hồi quy (R2) tìm 0,91 Kết cho thấy có 91% số liệu thực nghiệm tương thích với số liệu tiên đốn theo mơ hình Kết phân tích ANOVA phương trình hồi quy cho thấy nhiệt độ chiết thời gian chiết ảnh hưởng trực tiếp tới hàm lượng flavonoid thu được, cụ thể nhiệt độ thời gian cao hàm lượng flavonoid thu Điều chứng tỏ, flavonoid hợp chất dễ bị biến đổi theo thời gian nhiệt độ Phân tích phương sai ANOVA mơ hình hồi quy bậc hai hàm lượng saponin, thu kết trình bày Bảng Bảng Bảng phân tích hồi quy hàm lượng saponin điều kiện chiết xuất Các biến số hồi quy x0 x1 x2 x1x2 x 12 x 22 Lack of Fit Các hệ số b Mean Square F Value p-value Prob > F 0,36 0.026 -1,768 10-3 0,07 -0,015 0,048 5,603.10-3 2,5.10-5 0,020 1,306.10-3 0,013 2,92 0,013 10,21 0,68 6,69 0,1483 0,9136 0,0241 0,4471 0,0490 3,045.10-3 13,05 0,0720 Kiểm định ý nghĩa (0,05) + + + Ghi chú: +: có nghĩa; -: khơng có nghĩa Kết phân tích ANOVA phần mềm Design expert 7.1, cho thấy nhiệt độ chiết (x1); thời gian chiết (x2) yếu tố ảnh hưởng tới hiệu suất chiết xuất saponin hải sâm Cụ thể, yếu tố cho có ý nghĩa giá trị p < 0,05 hệ số sau phân tích hồi quy ANOVA trình bày Bảng Dựa vào kết trình bày kết phân tích phần mềm Design expert 7.1, đưa phương trình hồi quy thể mối liên hệ đại lượng sau: Y = 0,36 +0,07x1x2 + 0,048x22 (3) Trong đó: Y: Hàm lượng saponin (mg DE/g chất khô); x1: Nhiệt độ chiết (oC); x2: Thời gian chiết (phút) Kết phân tích ANOVA phương trình hồi quy cho thấy nhiệt độ chiết thời gian chiết hỗ trợ lẫn ảnh hưởng trực tiếp tới hàm lượng saponin thu được, cụ thể nhiệt độ thời gian cao hàm lượng saponin thu nhiều Để tối ưu hóa hàm lượng ba hợp chất có hoạt tính sinh học từ hải sâm phương pháp siêu âm (cụ thể điều kiện thời gian nhiệt độ siêu âm), sử dụng phương pháp hàm kì vọng phần mềm quy hoạch thực nghiệm Design expert 7.1 Kết tìm điều kiện tối ưu để chiết xuất phenolic, flavonoid saponin nhiệt độ 51,90oC; thời gian 38,97 phút hàm lượng phenolic, flavonoid saponin thu 5,02 mg GAE/g; 1,48 mg RE/g; 0,36 mg DE/g ISSN 1859-1531 - TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CƠNG NGHỆ - ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG, VOL 20, NO 11.2, 2022 Tiến hành làm thí nghiệm kiểm chứng thu kết gần với kết dự đốn theo mơ hình với hàm lượng phenolic, flavonoid saponin thu 5,00 mg GAE/g; 1,46 mg RE/g; 0,37 mg DE/g Bảng Bảng kết dự đốn theo mơ hình thực nghiệm Thông số đo Phenolic Flavonoid Saponin Đơn vị đo Dự đốn theo mơ hình Kết thực nghiệm mg GAE/g mg RE/g mg DE/g 5,02 1,48 0,36 5,00 1,46 0,37 So sánh với kết nghiên cứu tác giả A.Ceesay cộng hay nhóm tác giả S Van Dyck, P Gerbaux, and P Flammang, hàm lượng số hợp chất có hoạt tính sinh học hải sâm nghiên cứu cao tương đương [7, 15] Kết tối ưu hóa biểu diễn biểu đồ Hình 8: Hàm lượng flavonoid, mg RE/g Hình Biểu đồ biểu diễn kết tối ưu hóa hàm lượng phenolic, flavonoid saponin từ hải sâm Nhiệt độ, oC Hàm lượng saponin, mg DE/g Thời gian, phút Thời gian, phút Nhiệt độ, oC Hình Đồ thị biểu diễn ảnh hưởng nhiệt độ thời gian siêu âm đến hàm lượng phenolic, flavonoid saponin thu Các đồ thị Hình thể ảnh hưởng nhiệt độ thời gian siêu âm yếu tố đến hàm lượng phenolic, flavonoid saponin hải sâm Kết luận Bài báo sử dụng phương pháp qui hoạch thực nghiệm tính tốn kết dựa phần mềm Design expert (phiên 7.1 Trial, Stat-EaseInc., Minneapolis, 131 USA) để tìm điều kiện tối ưu để chiết xuất số hợp chất có hoạt tính sinh học từ hải sâm (hàm lượng phenolic, flavonoid saponin) nhiệt độ 51,9oC; thời gian 38,97 phút điều kiện hàm lượng phenolic, flavonoid saponin thu từ hải sâm 5,02 mg GAE/g; 1,48 mg RE/g; 0,36 mg DE/g Kết mở hội cho việc ứng dụng hải sâm lĩnh vực sản xuất thực phẩm chức y dược TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Đào Tấn Hổ, "Đặc điểm hình thái lồi hải sâm có giá trị thương mại biển Việt Nam", Tạp chí Khoa học Cơng nghệ Biển, 2, 2006, 70-89 [2] Châu Văn Minh*, Nguyễn Xuân Cường, Nguyễn Hải Đăng, Nguyễn Phương Thảo, Trần Hồng Quang, Nguyễn Hữu Tùng, Nguyễn Hoài Nam, Nguyễn Văn Hùng, Phan Văn Kiệm, "Điểm lại số loài sinh vật biển Việt Nam giai đoạn 2006-2012", Tạp chí Khoa học Công nghệ, 50 (6), 2012, 825-837 [3] R Pangestuti, Z Arifin, "Medicinal and health benefit effects of functional sea cucumbers", Journal of Traditional and Complementary Medicine, 8(3), 2007, 1-11 [4] M-S Lee, JY-W Chan, S-K Kong, B Yu, VO Eng-Choon, HW NaiChing, K-P Fung, "Effects of polyphyllin D, a steroidal saponin in Paris polyphylla, in growth inhibition of human breast cancer cells and in xenograf", Cancer biology & therapy, 4(11), 2005, 1248-1254 [5] J Mamelona, E Pelletier, K Girard-Lalancette, J Legault, S Karboune, S Kermasha, "Quantification of phenolic contents and antioxidant capacityof Atlantic sea cucumber, Cucumaria frondosa", Food Chemistry, 104, 2007, 1040–1047 [6] Z Mojerlou1, A Elhamirad, Optimization of ultrasound-assisted extraction (UAE) of phenolic compounds from olive cake, J Food Sci Technol, 55(3), 2018, 977–984 [7] K.H Dewi, M Markom, R.W.W Daud, "Parameter Optimization in the Extraction of Sea Cucumber (Holothuria Scabra J) as a Source of Testosterone)”, Advanced Material Research, Vols 233-235, 1358-1362 [8] A Hossain, J Yeo, D Dave and F Shahidi, (2022), "Phenolic Compounds and Antioxidant Capacity of Sea Cucumber (Cucumaria frondosa) Processing Discards as Affected by High-Pressure Processing (HPP)", Antioxidants, 11, 337 https://doi.org/10.3390/antiox11020337 [9] A Ceesay, M.N Shamsudin, M Aliyu-Paiko, I.S Ismail, M F.Nazarudin, and N.M Alipiah, "Extraction and Characterization of Organ Components of the Malaysian Sea Cucumber Holothuria leucospilota Yielded Bioactives Exhibiting Diverse Properties", BioMed Research International, Volume 2019, Article ID 2640684, 2019, 1-16, https://doi.org/10.1155/2019/ 2640684 [10] J Mamelona, E Pelletier, K Girard-Lalancette, J Legault, S ´ Karboune, and S Kermasha, “Quantifcation of phenolic contents and antioxidant capacity of Atlantic sea cucumber, Cucumaria frondosa”, Food Chemistry, 104 (3), 2007, 1040– 1047 [11] J Zhishen, T.Mengcheng, and W Jianming, “The determination of favonoid contents in mulberry and their scavenging efects on superoxide radicals”, Food Chemistry, 64 (4), 1999, 555– 559 [12] H P S Makkar and K Becker, “Potential of J curcas meal as a protein supplement to livestock feed, constraints to its utilization and possible strategies to overcome constraints”, Biofuels and Industrial Products from Jatropha curcas, G M Gubitz, M Mittelbach, and M Trabi, Eds., 1997, 190–205 [13] T Sirichan, I Kijpatanasilp, N Asadatorn, K Assatarakul, "Optimization of ultrasound extraction of functional compound from makiang seed by response surface methodology and antimicrobial activity of optimized extract with its application in orange juice", Ultrasonics Sonochemistry, Volume 83, 2022, 105916 [14] S Van Dyck, P Gerbaux, and P Flammang, "Qualitative and quantitative saponin contents in five sea cucumbers from the Indian ocean", Marine Drugs, 8(1), 2010, 173–189 [15] A.Ceesay, M N Shamsudin, M Aliyu-Paiko, I.S Ismail, M.F Nazarudin and N M Alipiah, “Extraction and Characterization of Organ Components of the Malaysian Sea Cucumber Holothuria leucospilota Yielded Bioactives Exhibiting Diverse Properties”, BioMed Research International, Volume 2019, Article ID 2640684, 16 pages https://doi.org/10.1155/2019/2640684 ... 3.3 Tối ưu hóa q trình chiết xuất số hợp chất có hoạt tính sinh học từ hải sâm Theo nghiên cứu khảo sát trước, chọn dung mơi thích hợp cho việc chiết xuất số hợp chất có hoạt tính sinh học từ hải. .. saponin Tối ưu hóa q trình chiết xuất số hợp chất có hoạt tính sinh học từ hải sâm có hỗ trợ sóng siêu âm Bài tốn đặt tối ưu hóa thực nghiệm q trình chiết tách phenolic, flavonoid saponin có dạng... có hoạt tính sinh học từ hải sâm 50oC 3.2 Ảnh hưởng thời gian siêu âm đến hàm lượng số hợp chất có hoạt tính sinh học có hải sâm Ảnh hưởng thời gian siêu âm đến hàm lượng số hợp chất có hoạt tính