Nghiên cứu chiết suất hoạt chất từ cây gai xanh (boehmeria nivea l gaud) và ứng dụng trong sản xuất thực phẩm bảo vệ sức khỏe

i LỜI CẢM ƠN Trong trình học tập hoàn thành luận văn tốt nghiệp, em nhận giúp đỡ nhiều mặt cấp lãnh đạo, tập thể cá nhân Trước tiên, em xin bày tỏ lòng biết ơn chân thành đến TS.Trần Văn Chí ln tận tình hướng dẫn, giúp đỡ em suốt q trình thực hồn thành luận văn Em xin bày tỏ lời cảm ơn đến ThS Lưu Hồng Sơn cán bộ, bạn sinh viên Khoa Công nghệ sinh học công nghệ thực phẩm trường Đại học Nông Lâm Thái Nguyên tạo điều kiện thuận lợi cho em hoàn thành đề tài nghiên cứu Em xin chân thành cảm ơn ThS Nguyễn Sinh Huỳnh, chủ nhiệm đề tài “Nghiên cứu công nghệ chế biến số sản phẩm từ gai xanh tỉnh Cao Bằng”, sở Khoa học công nghệ tỉnh Cao Bằng năm 2018, giám đốc công ty cổ phẩn giống chăn nuôi Cao Bằng giúp đỡ em trình thực tập nghiên cứu, hỗ trợ kinh phí để thực luận văn Cuối em xin gửi lời cảm ơn chân thành sâu sắc tới gia đình, người thân bạn bè động viên, giúp đỡ em suốt trình học tập thực đề tài Em xin chân thành cảm ơn! Thái Nguyên, tháng 10 năm 2019 Học Viên Nguyễn Thị Hồng Ngọc Số hóa Trung tâm Học liệu Công nghệ thông tin – ĐHTN http://lrc.tnu.edu.vn ii MỤC LỤC Trang LỜI CẢM ƠN i MỤC LỤC ii DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT v DANH MỤC BẢNG vi DANH MỤC HÌNH vii MỞ ĐẦU 1 Tính cấp thiết 1.1 Mục tiêu nghiên cứu 1.1.1 Mục tiêu chung 1.1.2 Mục tiêu cụ thể 1.2 Ý nghĩa khoa học thực tiễn 1.2.1 Ý nghĩa khoa học 1.2.2 Ý nghĩa thực tiễn Chương CƠ SỞ KHOA HỌC VÀ TỔNG QUAN TÀI LIỆU NGHIÊN CỨU 1.1 Cơ sở khoa học 1.1.1 Tổng quan gai xanh 1.1.2 Các hoạt chất sinh học gai xanh tính chất chúng 1.1.3 Tổng quan gốc tự chất chống oxi hóa 1.1.4 Định nghĩa thực phẩm chức 1.1.5 Đặc điểm tác dụng thực phẩm chức 1.2 Tình hình nghiên cứu sản xuất sử dụng gai xanh 1.2.1 Tình hình nghiên cứu sản xuất sử dụng gai xanh Việt Nam 1.2.2 Tình hình nghiên cứu sản xuất sử dụng gai xanh giới Chương 12 ĐỐI TƯỢNG, NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 12 2.1 Đối tượng phạm vi nghiên cứu 12 2.1.1 Đối tượng nghiên cứu 12 Số hóa Trung tâm Học liệu Công nghệ thông tin – ĐHTN http://lrc.tnu.edu.vn iii 2.1.2 Phạm vi nghiên cứu 12 2.1.2.1 Phạm vi nội dung 12 2.1.2.2 Phạm vi không gian nghiên cứu: 12 2.1.2.3 Vật liệu, hoá chất thiết bị sử dụng 12 2.2 Nội dung nghiên cứu 13 2.3 Phương pháp nghiên cứu 13 2.3.1 Phân tích, thử nghiệm hoạt tính sinh học số hợp chất gai xanh 13 2.3.1.1 Xác định hàm lượng flavonoid tổng số phương pháp cân 13 2.3.1.2 Phương pháp xác định hoạt động chống oxy hóa tế bào 14 2.3.2 Bố trí thí nghiệm tối ưu hóa q trình chiết suất cao củ gai 15 2.3.3 Phương pháp thử khả kháng khuẩn 19 2.3.4 Nghiên cứu hồn thiện quy trình sản xuất trà túi lọc cao củ gai 19 2.3.4.1 Nghiên cứu, xây dựng quy trình cơng nghệ sản xuất trà túi lọc từ Gai 19 2.3.4.2 Nghiên cứu, xây dựng quy trình cơng nghệ sản xuất cao từ rễ (củ) Gai: 26 2.3.4.3 Phương pháp phân tích tiêu chất lượng sản phẩm thu 27 2.3.5 Phương pháp xử lý số liệu 28 Chương KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU 29 3.1 Kết nghiên cứu số hoạt chất sinh học dịch chiết củ gai 29 3.1.1 Kết phân tích hoạt chất sinh học số phận gai xanh 29 3.1.2 Kết thử hoạt tính chống oxy hóa dịch chiết gai 30 3.2 Kết tối ưu hóa q trình chiết suất cao củ gai 32 3.2.1 Ảnh hưởng nồng độ dung môi chiết suất 33 3.2.2 Ảnh hưởng thời gian chiết suất 33 3.2.3 Ảnh hưởng nhiệt độ chiết suất 34 3.2.4 Ảnh hưởng tỷ lệ nguyên liệu/ dung môi 35 3.2.5 Kết tối ưu điều kiện chiết suất dịch củ gai 36 3.2.6 Ảnh hưởng nhiệt độ cô đặc đến chất lượng sản phẩm 39 3.2.7 Kết phân tích hàm lượng flavonoid cao củ gai 39 Số hóa Trung tâm Học liệu Công nghệ thông tin – ĐHTN http://lrc.tnu.edu.vn iv 3.3 Kết nghiên cứu khả kháng khuẩn số hoạt chất sinh học gai xanh; 40 3.4 Kết nghiên cứu hoàn thiện quy trình sản xuất trà túi lọc cao củ gai 42 3.4.1 Kết nghiên cứu hoàn thiện quy trình sản xuất trà túi lọc 42 3.4.1.1.Kết xác định thành phần hóa học nguyên liệu 42 3.4.1.2 Kết nghiên cứu ảnh hưởng số yếu tố trình sản xuất 43 3.4.1.3 Quy trình sản xuất 46 3.4.1.4 Xây dựng tiêu chuẩn sở cho sản phẩm trà túi lọc từ gai 47 3.4.2 Kết nghiên cứu hoàn thiện quy trình sản xuất cao củ gai 48 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 50 DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO 51 I Tài liệu tiếng Việt: 51 II Tài liệu tiếng Anh: 51 Số hóa Trung tâm Học liệu Cơng nghệ thơng tin – ĐHTN http://lrc.tnu.edu.vn v DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT CT : Công thức IFIC : Hiệp hội thông tin thực phẩm quốc tế DPPH : 1,1-Diphenyl-2-picrylhydrazyl HPLC : High Performance Liquid Chromatography - Sắc ký lỏng hiệu cao LB : Luria Bertani ROS : Reactive oxygen species - Gốc tự oxy hóa SSR : Simple sequence repeat - Chuỗi lặp lại đơn giản Số hóa Trung tâm Học liệu Công nghệ thông tin – ĐHTN http://lrc.tnu.edu.vn vi DANH MỤC BẢNG Trang Bảng 2.1 Bảng mã hóa điều kiện tối ưu 18 Bảng 2.2 Ma trận thực nghiệm Box- Behnken ba yếu tố hàm lượng hoạt chất sinh học cao củ gai 18 Bảng 3.1 Bảng kết phân tích hoạt chất sinh học số phận gai xanh 29 Bảng 3.2 Hoạt tính chống oxy hóa dịch chiết thể qua giá trị IC50 32 Bảng 3.3 Ảnh hưởng nồng độ ethanol đến hàm lượng flavonoid 33 Bảng 3.4 Ảnh hưởng thời gian chiết đến hàm lượng flavonoid tổng số 34 Bảng 3.5 Ảnh hưởng nhiệt độ chiết đến hàm lượng flavonoid tổng số 34 Bảng 3.6 Kết nghiên cứu ảnh hưởng tỉ lệ nguyên liệu/ dung môi đến hàm lượng flavonoid tổng số 35 Bảng 3.7: Ma trận thực nghiệm Box-Behken ba yếu tố chiết củ Gai 36 Bảng 3.8: Phân tích phương sai ANOVA mơ hình chiết suất từ củ Gai 37 Bảng 3.9 Kết ảnh hưởng nhiệt độ cô đặc đến chất lượng sản phẩm 39 Bảng 3.10 Kết phân tích hàm lượng flavonoid cao củ gai 40 Bảng 3.11 Đường kính vịng vơ khuẩn cao chiết gai kháng E coli, B subtilis S aureus 41 Bảng 3.12 Bảng kết phân tích số tiêu từ rễ gai xanh 42 Bảng 3.13 Kết đánh giá cảm quan nhiệt độ đến trình sấy 43 Bảng 3.14 Ảnh hưởng thời gian sấy 44 Bảng 3.15 Ảnh hưởng kích thước nguyên liệu 45 Bảng 3.16 Tỷ lệ nguyên liệu phụ bổ sung vào sản phẩm 45 Bảng 3.17 Kết đánh giá chất lượng sản phẩm 47 Bảng 3.18 Kết đánh giá tiêu vi sinh vật 48 Số hóa Trung tâm Học liệu Cơng nghệ thơng tin – ĐHTN http://lrc.tnu.edu.vn vii DANH MỤC HÌNH Trang Hình 1.1 Cây gai xanh củ gai xanh Hình 2.1 Phản ứng khử gốc DPPH 14 Hình 3.1 Hoạt tính chống oxy hóa dịch chiết gai 31 Hình 3.2 Hoạt tính chống oxy hóa Acid ascorbic 31 Hình 3.3 Bề mặt đáp ứng hàm lượng flavonoid 38 Hình 3.4 Hàm kỳ vọng điều kiện tối ưu hàm lượng flavonoid dịch chiết 38 Hình 3.5 Kết khảo sát hoạt tính kháng khuẩn gai với vi khuẩn A: Escherichia coli, B: Bacillus subtilis, C: Staphylococcus aureus D: Đối chứng dương Ampicillin, đối chứng âm nước cất 40 Hình 3.6 Khả kháng khuẩn cao củ gai Bacillus subtilis Escherichia coli 42 Hình 3.7 Sơ đồ quy trình sản xuất trà túi lọc gai 46 Hình 3.8 Quy trình sản xuất cao củ gai 48 Số hóa Trung tâm Học liệu Công nghệ thông tin – ĐHTN http://lrc.tnu.edu.vn MỞ ĐẦU Tính cấp thiết Cây gai xanh - Boehmeria nivea (L.) Gaud sử dụng từ 5.000 - 3.300 trước công nguyên loại vải xác ướp Ai Cập Nó trồng loại lấy sợi nhiều quốc gia bao gồm Trung Quốc, Nhật Bản, Thái Lan, Philippines, Ấn Độ Hàn Quốc Phần vỏ thân gai xanh chứa hàm lượng chất xơ cao, thu hoạch chủ yếu sử đụng để sản suất vải sợi Ngồi thành phần chất xơ có hoạt chất với khả chống vi khuẩn, côn trùng cơng nấm mốc [12] Ở Hàn Quốc có nhiều nghiên cứu việc sử dụng gai xanh thực phẩm, chẳng hạn nhiều loại bánh gạo truyền thống Hàn Quốc [12] Đặc biệt, phần gai xanh giàu yếu tố dinh dưỡng khoáng chất, protein, vitamin, nhiều chất hoạt tính sinh học khác [18] Trong thuốc thảo dược truyền thống Trung Quốc sử dụng rễ gai xanh để điều trị cảm lạnh thông thường, phù nề, sốt, nhiễm trùng đường tiết niệu, viêm thận an thai tốt [12] Những nghiên cứu trước tìm thấy hợp chất q có gai xanh alkaloids, lignans, flavon, terpenoids glycosides axit behenic, axit ursolic, β- sitosterol, cholesterol, kiwiionoside, rutin, uracil, quercetin, α-amyrin, nonacosanol, emodin, emodin-8-O-β-glucoside, physcion, polydatin, catechin, epicatechin epicatechin gallate [12] Theo dược lý đại, gai có chlorogenic acid, flavonoid rhoifolin, apogenin Trong chlorogenic acid có tác dụng diệt nấm, vi khuẩn chống oxy hóa mạnh gấp 10 lần vitamin E Nó phong tỏa nhóm “tự do”, ngăn chặn oxy hóa lipoprotein LDL, khởi điểm xơ động mạch để dẫn tới cao huyết áp nhồi máu tim Các báo cáo chất chiết xuất từ rễ gai xanh biểu hoạt động bảo vệ gan chống lại tổn thương gan CCl4 gây tác dụng chống oxy hóa FeCl2-ascorbate gây lipid peroxid hóa gan homogenate [12] Trong nghiên cứu Xiaoning Wang cs chiết xuất Boehmeria nivea (L.) Gaud ngăn ngừa thối hóa thần kinh dẫn đến bệnh Alzheimer [23] Mặc dù gai xanh có nhiều công dụng sức khỏe người đặc biệt từ phần củ cây, chưa có quy trình cụ thể sản xuất sản phẩm thực phẩm chức từ gai củ gai Do đó, tơi tiến hành thực đề tài “Nghiên cứu chiết suất hoạt chất từ gai xanh (Boehmeria nivea L Gaud) ứng dụng sản xuất thực phẩm bảo vệ sức khỏe” Mục tiêu nghiên cứu 2.1 Mục tiêu chung Nghiên cứu chiết suất hoạt chất từ gai xanh (Boehmeria nivea L Gaud) ứng dụng sản xuất thực phẩm chức 2.2 Mục tiêu cụ thể - Nghiên cứu thành phần hoạt chất sinh học có nguyên liệu củ gai; - Tối ưu hóa quy trình chiết suất số hoạt chất có hoạt tính sinh học cao từ củ gai; - Đánh giá khả kháng khuẩn củ gai xanh; - Quy trình nghiên cứu sản xuất sản phẩm trà túi lọc gai, cao củ gai đánh giá chất lượng sản phẩm Ý nghĩa khoa học thực tiễn 3.1 Ý nghĩa khoa học - Cung cấp thêm thông tin khoa học gai xanh; quy trình hồn thiện sản phẩm thực phẩm chức từ củ gai gai 3.2 Ý nghĩa thực tiễn Kết nghiên cứu đề tài chiết suất hợp chất sinh học, từ xây dựng hồn thiện quy trình sản xuất thực phẩm chức từ gai cao củ gai tạo sản phẩm có tác dụng tốt sức khỏe người sử dụng Chương CƠ SỞ KHOA HỌC VÀ TỔNG QUAN TÀI LIỆU NGHIÊN CỨU 1.1 Cơ sở khoa học 1.1.1 Tổng quan gai xanh [1],[2],[7],[11] Hình 1.1 Cây gai xanh củ gai xanh[2] Mô tả thực vật Tên khoa học: Boehmeria nivea (L.) Gaud Tên đồng nghĩa : Urtica nivea L Tên khác: Gai tuyết, gai làm bánh (Kinh), trữ ma, bâu pán (Tày), co pán (Thái), chiểu đủ (Dao) Tên nước ngoài: Ramie grass, China grass, chinese silk – plant (Anh); ramie, ramie blanche, ramie de Chine, ortle de Chine argentee, ortie feuilles blanches (Pháp) Họ : Gai (Urticaceae) Cây nhỏ, cao – 2m Thân cứng hóa gỗ gốc Cành màu đỏ nhạt, phủ nhiều lơng sát Lá mọc so le, hình trái xoan hình trứng, gốc trịn hay hình tim, đầu thn nhọn, dài – 15 cm, rộng – cm, lúc non phủ nhiều lông mềm hai 44 Dựa vào bảng 3.13 ta thấy nhiệt độ sấy nguyên liệu yếu tố ảnh hưởng đến chất lượng cảm quan sản phẩm trà Trong với công thức sấy 60ºC tối ưu cho trình sấy Nhiệt độ sấy thấp (50ºC), thời gian sấy kéo dài Nhiệt độ sấy cao (70ºC, 80ºC) làm cho trà bị cháy khét, tính chất cảm quan sản phẩm giảm, màu sắc nhạt hương vị không tốt thành phần bị biến đổi nhiệt độ cao, khơng cịn thích hợp cho sản phẩm trà Sau có kết điểm cảm quan nhận thấy với khác biệt ý nghĩa mặt thống kê điểm cảm quan chất lượng sản phẩm công thức khác với công thức 60ºC công thức cho diểm cảm quan cao so với cơng thức cịn lại Vì vậy, cơng thức 60ºC cơng thức tốt chọn để thực thí nghiệm - Ảnh hưởng thời gian sấy Dựa kết nghiên cứu ảnh hưởng nhiệt độ sấy mục 3.4.2.1 tiến hành chọn nhiệt độ sấy 60oC để xác định thời gian sấy Bảng 3.14 Ảnh hưởng thời gian sấy Thời CT Điểm chất lượng Điểm gian sấy (phút) Màu sắc Mùi Vị Trang thái TB Điểm HSCTL CT1 15 3,86b 3,86b 3,43b 3,28b 14,43 14,34 CT2 30 4,00a 4,00a 4,14a 4,28a 16,42 16,45 CT3 45 3,50b 3,36b 3,40b 3,28b 13,78 13,57 CT4 60 3,72b 3,00b 3,57b 3,14c 13,43 13,15 Dựa vào bảng 3.14 cho thấy thời gian sấy khác hàm lượng flavonoid khác Khi sấy 30 phút hàm lượng flavonoid thu cao 36,05 % Khi tăng thời gian sấy từ 45 – 60 phút hàm lượng flavonoid giảm dần từ 32,78% xuống 31,83% Kết đánh giá cảm quan theo TCVN 3215 – 79 cho thấy thời gian sấy 30 phút có tính chất cảm quan cao màu sắc, mùi, vị, trang thái so với cơng thức cịn lại Thời gian sấy thấp phản ứng tạo mùi chưa cao, màu sắc chưa đặc trưng cho sản phẩm Nếu thời gian sấy cao, nguyên liệu bị biến tính ảnh hưởng đến chất lượng sản phẩm Vì tiến hành lựa chọn thời gian sấy nguyên liệu 30 phút 45 - Ảnh hưởng kích thước ngun liệu Việc nghiền ngun liệu có tác dụng làm tăng hoạt chất sinh học gai, nguyên liệu nghiền nhỏ pha bột trà bị lọt qua túi lọc làm vẩn đục trà Tiến hành thí nghiệm thí kết thu trình bày bảng 3.14 Bảng 3.15 Ảnh hưởng kích thước nguyên liệu Kích thước (mm) Cảm quan 1