Nghiên cứu tách chiết và xác định hoạt tính chống oxy hóa của các polyphenol từ vỏ khoai tây và khoai lang, ứng dụng trong bảo quản thực phẩm

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỤ NHIÊN NGHIÊN CỨU TÁCH CHIÉT VÀ XÁC ĐỊNH HOẠT TÍNH CHĨNG OXY HĨA CỦA CÁC POLYPHENOL TỪ VỎ KHOAI TÂY VÀ KHOAI LANG, ỨNG DỤNG TRONG BẢO QUẢN T H ựC PHẨM Mã sổ: QG - 07 - 07 Chủ trì đề tài: PGS TS Nguyễn Đắc Vinh OAI HOC QUOC G ia NỌl ĨÉUNG ĨÀM t h ị n g tin thư viện ót / M Hà Nội - 2009 MỤC LỤC BÁO CÁO TÓM T Ắ T MỞ ĐẦU PHẦN TỔNG QUAN Phản ứng thuỷ phân lỉpit Phản ứng oxy hoá lỉp it 2.1 Cơ chế phản ứng tự oxy h o .9 2.2 Các sản phẩm trình tự oxy h o 10 Cơ chê phản ứng chống oxy h oá 11 3.1 Cơ ch ế cho hydro nhận gốc tự d o 11 3.2 Cơ ch ế chống oxy hoá cách thuỷ phân h id ro p e o x it 13 3.3 Cơ chế gốc tự 14 3.4 Các chất hiệp đồng tác d ụ n g 14 3.5 Các chế chống oxy hoá k h c 15 Các hợp chất chông oxy hoá tổng hợp tự nhiên 16 4.1 Các chất chống oxy hoá tổng h ợ p 16 4.2 Các chất chống oxy hoá tự n h iê n 17 Lựa chọn chất chống oxy hoá theo hướng nghiên cứu 20 5.1 Lựa chọn chất chống oxy h o 20 5.2 Hướng nghiên c ứ u ] PHẨN THỰC N G H IỆ M 23 Phương pháp nghiên cứu 23 1.1 X ác định số peoxit 23 1.1.1 Hoá chất dụng c ụ 23 1.1.2 Phương pháp xác đ ịn h 23 1.2 Phương pháp xác định tổng p h e n o l 25 1.2.1 H oá chất dụng c ụ 25 1.2.2 Phương pháp xác đ ịn h 25 1.3 Phương pháp xác định tổng fla v o n o it 25 1.3.1 H oá chất dụng c ụ 25 1.3.2 Phương pháp xác đ ịn h 25 1.4 Phương pháp D P P H 26 1.4.1 H oá chất dụng c ụ 26 1.4.2 Phương pháp xác đ ịn h .26 1.5 Phương pháp xác định n-hexanal bão h o 27 1.6 N guyên tắc xác định axit béo m ỡ dầu ă n 27 1.7 Phương pháp phân lập hợp c h ấ t .28 1.7.1 Sắc kí lớp m ỏ n g 28 1.7.2 Sắc kí c ộ t 28 1.8 Các phương pháp khảo sát cấu trú c 29 Chuẩn bị mẫu nghiên cứu 29 PHẦN KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 30 Xác định thành phần dầu ăn 30 Xác định thành phần mỡ ăn 31 Khảo sát sơ ảnh hưởng dung môi chiết tới hoạt tính chống oxy hố vật liệu 32 3.1 Ảnh hưởng dung m chiết tới hoạt tính chống oxy hố vỏ khoai tây 32 3.2 Ảnh hưởng dung m chiết tới hoạt tính chống oxy hố vỏ khoai lang34 Khảo sát hoạt tính chống oxy hố vật liệu theo nồng đ ộ 37 Khảo sát hoạt tính chống oxy hố phân đoạn cận chiết vỏ khoai lang 41 5.1 Đánh giá hoạt tính chống oxy hố củ a phân đoạn phương pháp trực tiế p 42 5.1.1 Xác định tổng p henol 42 5.1.2 Xác định tổng fla v o n o it 43 5.1.3 Xác định số D P P H 44 5.2 Phương pháp đánh giá gián tiế p 45 5.2.1 K hảo sát hoạt tính chống oxy hố cặn chiết vỏ khoai lang thơng qua số p e o x it 45 5.2.1.1 K hảo sát hoạt tính chống oxy hoá cặn chiết vỏ khoai lang dầu ăn46 5.2.1.1.1 K hảo sát hoạt tính chống oxỵ hố cặn m e ía n o ì 47 1 Khảo sát hoạt tính chống oxy ỉiố cặn etaxetat 48 5.2.1.1.3 Khảo sát hoạt tính chống oxy hoá cặn lĩ-hexơn 49 5.2.1.1.4 Khảo sát hoạt tính chống oxy lĩố cặn chiết d ietyỉeíe 50 5.2.1.2 K hảo sát hoạt tính chống oxy hố cặn chiết vỏ khoai lang m ỡ ăn 51 5.2.1.2.1 Các mẫu chứa cặn chiết nồng độ 0 p p m 52 5.2.ỉ 2.2 Các mẫu chứa cặn chiết nồng độ ìoooppm 53 2 Các máu chứa cặn chiết nồng độ 0 p p m 54 5.2.2 K hảo sát hoạt tính chống oxy hố cặn chiết vỏ khoai lang thông qua số n -h e x a n a l 56 Phản lập hợp chất vỏ khoai la n g 58 6.1.Chiết t c h 58 6.2 Phân lập xác định cấu tr ú c .59 6.3 Kết tách c h ấ t 60 KẾT LUẬN .67 TÀI LIỆU THAM K HẢO 69 BÁO CÁO TÓM TẮ1 Tên đề tài Nghiên cứu tách chiết xác định hoạt tính chống oxy hoá polyphenol từ vỏ khoai tây khoai lang, ứng dụng bảo quản thực phẩm Mã số: QG - 07 - 07 Chủ trì đề tài PGS.TS Nguyễn Đẳc Vinh Cán tham gia PGS TS Trịnh Lê Hùng TS Chu Ngọc Châu TS Dương Hồng Anh CN Vũ Thị Quyên ThS Hán Thị Phương Nga PGS TS Trần Thu Hương ThS Đào Sỹ Đức Mục đích nội dung nghiên cứu Mục đích nghiên cứu: - Đánh giá khả chống oxy hố cùa hợp chat phenol có vỏ khoai lang khoai tây - Phân lập, xác định cấu trúc, nhóm chức hoạt tính chốne oxy hố cùa polyphenol có hai loại vỏ - Xây dựng qui trình tách chiết thích hợp, tạo sản phẩm ửna dụng bão quản thực phâm Nội dung nghiên cửu: • Tổng quan tình hình nghiên cứu ngồi nước • Nghiên cứu đánh giá sơ hoạt tính polyphenol chiet từ hai loại vỏ • Nghiên cứu xây dựng quy trình phân lập polyphenol từ vỏ khoai lang khoai tây, lựa chọn quy trình thích hợp • Phân lập, xác định cấu trúc, nhóm chức polyphenol bang phương pháp phổ • Nghiên cứu động học phản ứng oxy hố lipit điều kiện có khơng có polyphenol để xác định chế chống oxy hố polyphenol • Xác định hoạt tính chống oxy hố polyphenol cách tồn diện thơng qua sổ: tổng phenol, tổng flavonoit, peoxit TBA, dien trien liên hợp n - hexanal phương pháp hố học vật lý • Nghiên cứu xác định mối quan hệ hoạt tính chống oxv hố nhóm chức polyphenol có sản phẩm • Nghiên cứu thành phần hố học thực phẩm lựa chọn đê nghiên cứu (mỡ, dầu ăn) • Nghiên cứu sử dụng polyphenol phân lập đê bảo quản thực phâm lựa chọn, ứ n g dụng phương pháp kế hoạch hoá thực nghiệm để xác định điều kiện bảo quản tối ưu Các kết đạt - Bằng phương pháp GC-MS chúng tơi bước đầu xác định số thành phần dầu ăn Simply mỡ ăn Thành phần trona dầu ăn bao eồm axit linoleic (65.4%), axit oleic (21.5%) axit palmitic (9.0%) Trong thành phần mỡ ăn gồm axit stearic (40%) axit palmitic (19.9%) axit oleic (16.2%) - Chúng tiến hành khảo sát ảnh hưởns loại dung môi có độ phân cực khác (metanol, etyl axetat, axeton cloroform petrol ete n-hexan) tới trình chiết hợp chất chống oxy hóa vỏ khoai tây vỏ khoai lang Kết cho thấy, sử dụng dung mơi metanol sàn phẩm chiết có hoạt tính tốt - Kết bước đầu xác định tổng phenol sổ peoxit cho thấy vò khoai lane vỏ khoai tây có hoạt tính chống oxy hóa - Đã nghiên cứu khảo sát ảnh hường nồng độ cùa dịch chiết vò khoai tâv vò khoai lang tới hoạt tính chống oxy hố cùa vật liệu Kết thu cho thấy với nồng độ cao khả chống oxy hoá tổt - Dịch chiết vỏ khoai lang có khả ngăn ngừa q trình oxy hoá tốt vỏ khoai tây - Đã tiến hành chiết tách vỏ khoai lang metanol chiết tiếp ba loại dung mơi có độ phân cực khác (n-hexan, đietylete etylaxetat) Hoạt tính chống oxy hóa dịch chiết đánh giá trực tiếp thông qua chi sổ tổng phenol, flavonoit DPPH đánh giá gián tiếp thông qua số peoxit n-hexanal Kết cho thấy, sử dụng dung mơi etylaxetat để chiết tiếp thu phân đoạn có hoạt tính chống oxy hố cao - Dầu ăn bị oxy hóa nhanh mỡ ăn - Xây dựng quy trình chiết tách thích hợp đề phân lập thành phần vò khoai lang Ụpomoea batatas) - Bằng phương pháp sắc kí kết hợp, hợp chất adian-l(10)-en-3a-ol (K L1) psitosterol (K L2), axit tricosanoic (K L3), umbelliferone (KL4) P-sitosterol-3O-p-D-glucopyranoside (KL5) phân lập từ cặn etylaxetat vò khoai lang Ipomoea batatas (L.) Lam Trong hợp chất adian-l(10)-en-3a-ol (KL1), hợp chất mới, lần phân lập từ tự nhiên, cấu trúc hỏa học cùa hợp chất xác định phương pháp phổ cộng hưởng từ hạt nhân chiều, hai chỉều, phổ hồng ngoại IR phổ khối (MS) với việc so sánh với tư liệu tham khảo Tình hình kỉnh phí đề tài Đề tài cấp tổng cộng năm mươi triệu đồng năm (2 năm) đè chi cho khoản sau: - Vật tư văn phịng - Chi phí th mướn - Chi phí nghiệp vụ chun mơn: quản lý phí báo cáo nghiệm thu Đề tài tốn tài CHỦ TRÌ ĐÈ TÀI XÁC NHẢN CỦA KHOA HỐ HOC • • PGS TS Nguyễn Đắc Vinh Xác nhận Trường ĐHKHTN — Xác nhận Đại học Quốc gia HN PHÓ Mj(u TAƯỎMG SUMMARY Project Topics Study on isolation and antioxidant activity of polyphenol from potatoes and sweet potatoes peel, application in food preservation Code: QG - 07 - 07 Project leader Associate Prof Dr Nguyen Dac Vinh Participants Associate Prof Dr Trinh Le Hung Dr Chu Ngoc Chau Dr Duong Hong Anh Bsc Vu Thi Quyen Msc Han Thi Phuong Nga Associate Prof Dr Tran Thu Huong MSc Dao Sy Due Objectives and contents Objectives: - Investigation o f antioxidant effect o f phenolic co m p o u n d s in potato's and sweet potato's peel - Isolation, determination o f structure, fuctional group and antioxidant activity o f phenolic compounds from potato's and sweet potato’s peel - Development o f separation procedure to gain antioxidant products, which can be applied for food preserv ation Research contents: - Overview of the research in Vietnam and in the world - Antioxiđant effects of polyphenols extracted from potato's and sweet potato's peel - Development o f isolation procedure o f polyphenols from potato's and sweet potato’s peel - Analysis o f ginger and curcuma composition by chemico - physical methods - Investigation on kinetics of lipid oxidation reaction to explain the antioxidation mechanism of polyphenols - Determination o f antioxidant activity of polyphenols by means of parameters: total polyphenols, total flavonoids peroxide value TBA value, conjugated diene and triene value and n-hexane value - Study the relationships between polyphenol groups and antioxidant activities - Analysis o f food composition (oil fat) Results - Composition o f oil and fat was analyzed by GC-MS The main composition o f simply oil was linoleic acid (65.4%) oleic acid (21.5%), and palmitic acid (9.0%) The main composition of pork fat was stearic acid (40%), palmitic acid (19.9%), and oleic acid (16.2%) - Influence o f six solvents with different polarity (methanol, ethyl acetate, acetone, chloroform, petroleum ethe and n-hexane) on antioxidant effect o f extracts was investigated The results showed that methanol extracts had the most powerful effect - The total phenols and peroxide value have shown that the extracts from potato peels and sweet potato peels could be used as antioxidants (have antioxidant activity) - The influence of concentration of the peels extracts in fat and oil on their antioxidant effect was investigated The more the concentration increased, the better the antioxidant effect was - The antioxidant activity of sweet potato peels extract is better than that of potato extract - The dried and powered sweet potato peels was extracted with methanol and then extracted in turn with n-hexane, diethyl ether and ethyl acetate The total phenols, total flavonoids, DPPH value, peroxide value and n- hexanal value have shown that the ethyl acetate extracts were the most free radical scavengers - The results o f this research showed that oil was oxidized faster than fat - The suitable process for separating the composition o f sweet potato peels was performed - From the sweet potato (ỉpomoea batatas) peels, a new adian-l(10)-en- 3a-ol and four known compounds as P-sitosterol acid tricosanoic, umbelliferone and P-sitosterol-3-O-p-D-glucopyranoside were isolated by various chromatographies Their spectral elucidation were accomplished by using a combination o f the 1D-NMR ('H - n C-NMR DEPT 90°, and DEPT 135°), 2D-NM R ( !H-'H c o s y , HMQC HSQC and HMBC), IR, and HR-EI-MS experiments FACULTY CONFIRMATION LEADER OF THE PROJECT f a 'f fl,./ Assoc Prof Dr Nguyen Dac Vinh THE CONFIRMATION OF HUS THE CONFIRM ATION OF VNƯ Hình Chì só peoxit cua dịch chiết từ vị khoai íâv với ill mi* mói Trong q trình bào quản 50 °c nồng độ peoxit trons mẫu trấnii tãniỉ nhanh, sau 13 ngày vượt giá trị 200mg OVkg mở Khá bảo quản cùa mẫu mỡ có chửa dịch chiết kéo dài nhiều so với mầu trắng, tảng dần theo thứ tự từ mẫu chứa dịch chiết khoai tây etylaxetat (IP;oo=25 ngày): dịch chiết khoai tây trong axeton (IP200=27 ngày); dịch chiết khoai tây n-hexan (IP:Ì LÌ X Chemical co m p ositio n o í IÌ J : [1 2] P lm o c lic m ic a l study of this plant resulted in the isolation o f m a in com pounds as atlianatirandione c v a m d in 1.15.4.7-dicpo.w - j.i-J iu K c o N id c s 15 Marnesiidien-O-oriL-s 4( 15) 1(13 )-(Uide:>madieiie-7 12-d io ls larnesatriene-1 / ỉ - d i o l s ! -I -IIIra m I t-n,"0- o.NodiMidrolabin iop ho rose -o \o t a m e s o l resin etc [3J H o \v e \e r no compound was found fro m I haiuni.s paper, \\c report on the isolation, adian In this structural elucidation o f a new a d ia n -1 ( )- e n -3 a -o l ( I ) and two k n o w n co m p o u n d s as u m b e llife ro n e and tncosanoic acid I - x p o r im e I) till O p tica l roiiilio ns WCIC determined JasCO D I P - - !) (.iiụital polunme'.c:’ The ’ II *' were o hinm cd AC ill [: \ r !Z 00 l t - M S D i'he Í I R E Ỉ M S was obt.111icti IIS1I1ỊỊ an Anti f’ rem ier spectrom eter 1'he I ! - \ \ I R I 5(I(J M l i/> ami C - N M R ( 115 M i l / ) >pectra u c r v ivcordíó oil cl B r u k c r A M 500 F T - N M R speari'inc!i.T ar.J I M S u a s used LIS an internal iiandard ( k iir.!i e ll ! o m ;tlo ụr;ìph \ (( c ) v\as pcrlv'.niiud I'll ^ lik i Licl ( K ie s o l'jc l 60 ~i) - Z ' MK’sli md 3[)S [ - IM R O D l C T IO \ 111 iilobal market UK HSHJC :: u mesh M e r c k ) ;i i k I \ \ K ' K I ’ IS r^sin- I’ h in t M : ỉ i c r i : i l I ho c o llc c ic d sweet 111 Hanoi pOLìU' dLinii'j ỉ/>mn M H z ): SCO ( K B r ) cm : 1922 : s ? ^ ( C H ) 1703 ( C - O ) : i l R E I - M S fo und 368 ^ Ị M ] calc C ; j H 4sO; to r 368 3654 ' H - N M R t C D C l 500 M i l / ) Ừ 0.8S ( IỈ t J - 6.5 H / I I - : 1) :.25 {40 Ỉ : u c m ;, ( ZH 111 J1 a n d : u I H » = 6.5 H / table I I m b c llif e r o n e (7 -lly d ro x v c u u m a rin Colorless solid, mp 230 - 232 c 2) !R ( K B r ) C - N M R (CDC1; r i l> II- to C-23 ) and 14.11 N M R (acetone - i L 500 M i l / ) M: ft 15 I 111 J J (1Ỉ - RIÍSL L I S c m 1: 3456 (O H ) 293 2855 (CM) (C - O ) ; E S IM S n, : 16") [ M - H ] ' CM I u = H / 7.S5 ( I H - d J ' H / - M' ) ' 49 ( 111, d J - 8.0 ỉ Iz H - ) ' ( I I f dd J : 1Iz 11-6) and 7.44 (111- cl J - : (M I/ r i; 4(1 Compound and 1-3 u c r e acetate extract o f / DISCL.SSK >N Isolated from i!k* e i h v ! ;b colurlcs.s M.iliiK \w H -N M R spt’d r u m o f showed a iilìnic tripli.M H-SV C - N M R (aceione-i/, 125 M H z ) (ỳ-: 16111 (C-2) I 12.80 (C -3 ) 4 (C -4) 130 '8 (C-5) 113.77 125 M M / I Ò, : lC -1 ) 3 ” (C-2) 31 04 (C-3) :*> “'1 - 2 ’ I.L- (C-6) 161.15 (C -") 103.25 (C-8) 156.95 (C-9) and I 12.70 (C -1 0) T ric o s a n o ic nciil ( ) : Colorless solid signal Ò 29 o f the trisubstiruted Jouhlc bond, a oxygenated methine proton M Ỏ 3.49 idd J = 10.0 Hz) assigning ior p-oricmation OỈ’ II-.' [4] six niethv singlet signals Ổ 0.63 0.89 IJ _ 1.00 and I (.w nnd two meih\ I doublet signals at Ó IR 0.83 and 0.88 (each J = 6.5 Hz), sniiuesting for a pentacvclic triterpene compound The C -N M R adian-5-en-3a-ol and adian-5( 10)-en-3a-ol |4] were compared with the correspondinn values o f and found to match well Detail anaksis the N \ I R data of the riim A B o f in comparison Ulth the and D E P T spectra o f exhibited 30 carbon sianals including C H „ C H ị , CH and c 'these! c the double bond was at s 153.89 and 14.37 an data ot adian-5-en-3a-ol (table I ) iimaested tliat the double bond vsas moved from C-5-C-6 in adian-5- oxygenated methine carbon was at Ò 75 09 This observation suggested that compound I was a en-3a-ol to C - l ' C - ] in I This u a i further confirmed b\ HSỌC and H M B C spectrum H-25 and H-24 protons had stronií H M B C correlaiion pentacyclic triterpene h avin g a trisubstitLited double bond and a hydroxvl group at C-3 In the HSQC protons at 1.00 1.45 0.88 and 0.82 had c r o li vMth C-4 (Ó 36.86)/C-3 (Ồ 75 09VC-5 (Ổ 43 H- peaks w ith carbons at 60.09 30.76 21.47 and (Ó 5.29) correlated with C-3 C-5 and ^ Ith C-9 (6 2109 respectively In addition H-22 proton at Ỏ 37.08) H-25 (Ồ ] 09) correlated with C-iO (Ò 153.8^) confirm inu the location o f the l u d r o w l uroup at C-3 and the double bond at C-] C-10 1.45 had cross peaks w ith H-21 (ừ ].0 ) H - (11 doublet signals al Ỏ 83 and 0.88 Funher detail analvsis H M B C correlation ot' uas shown ill Fiu From the abo\e data, the had long-range correlations w ith methine carbons molecular formula o f uas calculated íb c 11, o which uas confirmed bv the appearance o f a quasi at 30.76 and 60.06 in the H M B C spectrum, confirming the appearance o f the partial structure as ion peak at m/z 427 [ M - H ] C H -C H (C H ,): of This evidence sui2*iested V.OS a lupane or hopane or adian compound The N M R data of rum D and E OỈ some adian compounds as 111 the F.SI-MS Unis was determined 10 be adian-K a new co m p o un d from nature Table I The N M R data o f and o f the reference co m p ou nd la c Sc* (1) 1 'i Ị : 1 X 1 ‘ Oil Sf JA (3) 114.37 5.29 ( 1I I t /= 2.5 H z ) 30.07 32.2J (1 H i* !() 76,93 75.09 2.30 ( l H d i / = 2.0 5 H z t 40(111 d d / = 6.0 10.0 ||7> : I 41.53 36.86 - 43.68 2.07 ( H 144,73 119.87 18.81 1.28 23.84 20.02 1.25 ( I H m) \ J - Hz) 44.09 37.84 1.3 ( IH m) 1,~2 ( IH m) 34.65 - ID I.'O ( III) * - 10 50.69 37.80 153.89 1] 34 ] 36.0: 80 H H i * 12 29 01 ->g -1-1 13 j 8.63 38 71 14 39.29 40.38 1.47 C I D * j _ 15 29.12 ?9 11 1.12(1 H ) * 1.39(111)* 35.43 35 1.63 17 81 42.82 1- 18 51.75 51.59 1.60 ( l H m ) 372 (4| (2) 22.80 16 i H M B C (H > (-1) , (1) 20 I _ — 21 no (2 ) 28.32 28.33 1.15