nghiên cứu ảnh hưởng của phương pháp tiền xử lý nguyên liệu đến hiệu suất trích ly polyphenol acid chlorogenic và acid rosmarinic từ lá kinh giới elsholtzia ciliata

ĐOÀN THỊ PHƯƠNG DUNG NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA PHƯƠNG PHÁP TIỀN XỬ LÝ NGUYÊN LIỆU ĐẾN HIỆU SUẤT TRÍCH LY POLYPHENOL, ACID CHLOROGENIC VÀ ACID ROSMARINIC TỪ LÁ KINH GIỚI ELSHOLTZIA CILLIAT

ĐOÀN THỊ PHƯƠNG DUNG

NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA PHƯƠNG PHÁP TIỀN XỬ LÝ NGUYÊN LIỆU ĐẾN HIỆU SUẤT TRÍCH LY

POLYPHENOL, ACID CHLOROGENIC VÀ ACID ROSMARINIC TỪ LÁ KINH GIỚI

(ELSHOLTZIA CILLIATA)

Chuyên ngành: CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM Mã số: 8540101

LUẬN VĂN THẠC SĨ

TP HỒ CHÍ MINH, tháng 1 năm 2024

CÔNG TRÌNH ĐƯỢC HOÀN THÀNH TẠI

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA – ĐHQG – HCM

Cán bộ hướng dẫn khoa học: GS.TS Đống Thị Anh Đào

Cán bộ chấm nhận xét 1: PGS TS Mai Huỳnh Cang

Cán bộ chấm nhận xét 2: PGS TS Nguyễn Thị Lan Phi

Luận văn thạc sĩ được bảo vệ tại Trường Đại Học Bách Khoa, ĐHQG Tp HCM ngày 05 tháng 01 năm 2024

Thành phần Hội đồng đánh giá luận văn thạc sĩ gồm:

1 Chủ tịch: PGS.TS Kha Chấn Tuyền

2 Phản biện 1: PGS.TS Mai Huỳnh Cang

3 Phản biện 2: PGS.TS Nguyễn Thị Lan Phi

4 Ủy viên: GS.TS Đống Thị Anh Đào

5 Ủy viên, Thư ký: PGS.TS Trần Thị Thu Trà

Xác nhận của Chủ tịch Hội đồng đánh giá LV và Trưởng Khoa quản lý chuyên ngành sau khi luận văn đã được sữa chữa (nếu có)

CHỦ TỊCH HỘI ĐỒNG TRƯỞNG KHOA KỸ THUẬT HÓA HỌC

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HCM

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập – Tự do – Hạnh phúc

NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ

Họ tên học viên: Đoàn Thị Phương Dung MSHV: 2170492 Ngày, tháng, năm sinh: 13/11/1981 Nơi sinh: TP HCM Chuyên ngành: Công nghệ thực phẩm Mã số: 8540101

I TÊN ĐỀ TÀI: Nghiên cứu ảnh hưởng của phương pháp tiền xử lý nguyên liệu

đến hiệu suất trích ly polyphenol, acid chlorogenic, acid rosmarinic từ lá kinh giới

(Elsholzia cilliata)/ Research on effect of raw material pretreatment methods on

extraction efficiency of polyphenols, chlorogenic acid and rosmarinic acid from

Elsholtzia cilliata

NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG:

1 Tổng quan về nguyên liệu và các nghiên cứu trên thế giới về ảnh hưởng của phương pháp tiền xử lý nguyên liệu đến hiệu suất trích ly polyphenol, acid chlorogenic, acid rosmarinic

2 Đánh giá chất lượng nguyên liệu

3 Thiết lập quy trình công nghệ tiền xử lý nguyên liệu

4 Khảo sát ảnh hưởng của thông số các phương pháp tiền xử lý nguyên liệu 5 Khảo sát các thông số của quá trình trích ly polyphenol, acid chlorogenic, acid

rosmarinic

II NGÀY GIAO NHIỆM VỤ: 04/09/2023

III NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ: 18/12/2023 IV CÁN BỘ HƯỚNG DẪN: GS.TS Đống Thị Anh Đào

TRƯỞNG KHOA KỸ THUẬT HÓA HỌC PGS.TS Nguyễn Quang Long

Lời đầu tiên, tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới GS.TS Đống Thị Anh Đào - người đã trực tiếp hướng dẫn, quan tâm, động viên và chỉ bảo tận tình cho tôi trong suốt quá trình làm đề tài luận văn thạc sĩ, cảm ơn cô đã giúp cho tôi có thêm kiến thức chuyên môn, xây dựng nền tảng vững chắc phục vụ cho việc học tập và nghiên cứu

Trong quá trình thực hiện đề tài luận văn thạc sĩ, tôi đã nhận được rất nhiều sự hỗ trợ, tạo điều kiện từ nhà trường và các thầy cô trong Bộ môn Công nghệ Thực phẩm, cô Nguyễn Thị Nguyên – quản lý phòng thí nghiệm B10, các cán bộ phòng Đào tạo sau đại học – trường Đại học Bách Khoa TP HCM Tôi xin cảm ơn và bày tỏ lòng cảm ơn sâu sắc về sự hỗ trợ đó

Tôi cũng xin chân thành cảm ơn gia đình, đồng nghiệp, các bạn cùng khóa 2021 đã hỗ trợ, giúp đỡ và tạo điều kiện thuận lợi cho tôi học tập, nghiên cứu khoa học và hoàn thành tốt luận văn tốt nghiệp thạc sĩ

Với sự cố gắng thực hiện nghiên cứu một cách nghiêm túc nhưng do còn hạn chế về kiến thức nên bài báo cáo không tránh khỏi những thiếu sót Tôi rất mong nhận được sự đóng góp và đưa ra ý kiến của quý thầy cô để bài báo cáo của tôi được hoàn thiện hơn

Tôi xin chân thành cảm ơn

TP Hồ Chí Minh, ngày …… tháng …… năm……

Học viên

Đoàn Thị Phương Dung

TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ

Cây kinh giới (Elsholtzian ciliata) thuộc họ Lamiaceae, là cây thân thảo

trồng quanh năm, có mùi hương đặc trưng và chứa nhiều tinh dầu, đây cũng là loài thực vật rất giàu hoạt chất sinh học như hợp chất phenolic, vitamin … có lợi cho sức khỏe của con người Nghiên cứu của chúng tôi tập trung vào việc khảo sát ảnh hưởng của các phương pháp tiền xử lý lá kinh giới riêng lẻ và kết hợp trước khi trích ly các hoạt chất, từ đó so sánh và đánh giá phương pháp cho hiệu suất trích ly cao nhất so với các phương pháp còn lại

Phương pháp nghiên cứu: nguyên liệu nghiên cứu là lá của cây kinh giới

trồng tại Lâm Đồng, thời gian nghiên cứu từ tháng 08/2023 đến tháng 12/2023 Lá kinh giới được xử lý bằng các phương pháp khác nhau trước khi trích ly

Kết quả: trong bốn phương pháp tiền xử lý nguyên liệu gồm sấy, chần,

chần kết hợp lạnh đông và chần kết hợp lạnh đông – hỗ trợ vi sóng, kết quả thu được khi chần lá kinh giới ở 800C trong 90 giây kết hợp lạnh đông nguyên liệu trong 24 giờ (nhiệt độ lạnh đông – 180C) cho hiệu suất trích ly cao nhất so với các phương pháp tiền xử lý khác Hàm lượng TPC, AC theo DPPH, CGA và RA thu được cao nhất trong phương pháp này lần lượt là 16,182 ± 0,059 mg GAE/g; 402,65 ± 18,45 µmol TE/g; 6,463 ± 0,067 mg/g và 3,165 ± 0,015 mg/g Hiệu suất trích ly cao nhất của phương pháp tiền xử lý chần kết hợp lạnh đông đạt được với TPC là 72,89%; AC theo DPPH là 61,81%; CGA là 59,16% và RA là 66,46%

Kết luận: hiệu suất trích ly sau quá trình tiền xử lý nguyên liệu lá kinh giới

cao hơn khi chưa xử lý Từ kết quả nghiên cứu cho thấy có thể mở rộng thêm

nghiên cứu tiền xử lý nguyên liệu lá kinh giới với các phương pháp khác …

Marjoram (Elsholtzian ciliata) belongs to the Lamiaceae family, is a

herbaceous plant grown all year round, has a characteristic scent and contains many essential oils, this is also a plant rich in biologically active substances such as phenolic compounds, vitamins beneficial for human health Our research focuses on investigating the effects of individual and combined marjoram leaf pretreatment methods before extracting active ingredients, thereby comparing and evaluating methods for extraction performance highest compared to the other methods

Research method: research materials are marjoram leaves grown in Lam

Dong, research period is from August 2023 to December 2023 Oregano leaves are processed by different methods before extraction

Results: among the four raw material pretreatment methods including

drying, blanching, blanching combined with freezing and blanching combined with freezing - microwave assisted, the results were obtained when blanching oregano leaves at 80℃ for 90 seconds combined Freezing raw materials for 24 hours (freezing temperature - 18℃) gives the highest extraction efficiency compared to other pretreatment methods The highest content of TPC, AC according to DPPH, CGA and RA obtained in this method is 16.182 ± 0.059 mg GAE/g, respectively; 402.65 ± 18.45 µmol TE/g; 6.463 ± 0.067 mg/g and 3.165 ± 0.015 mg/g The highest extraction efficiency of the blanching combined freezing pretreatment method achieved with TPC is 72.89%; AC according to DPPH is 61.81%; CGA was 59.16% and RA was 66.46%

Conclusion: the extraction efficiency after pre-treatment of marjoram

leaves is higher than without treatment From the research results, it is possible

to expand the research on pre-treatment of oregano leaves with other methods

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan những nội dung trong luận văn này là do tôi thực hiện dưới sự hướng dẫn của GS.TS Đống Thị Anh Đào Các kết quả nghiên cứu và các kết luận trong luận văn này là trung thực và không sao chép từ bất cứ một nguồn nào, dưới bất cứ hình thức nào Việc tham khảo các nguồn tài liệu đã được thực hiện trích dẫn và ghi nguồn tài liệu tham khảo đúng yêu cầu

TP Hồ Chí Minh, ngày…… tháng…….năm…… Học viên

Đoàn Thị Phương Dung

1.2 Mục tiêu nghiên cứu 2

1.3 Đối tượng và nội dung nghiên cứu 2

1.4 Tính mới của đề tài 2

Chương 2 TỔNG QUAN 4

2.1 Tổng quan về cây kinh giới 4

2.1.1Giới thiệu chung 4

2.1.2 Cấu tạo, thành phần của cây kinh giới 9

2.6 Quá trình tiền xử lý nguyên liệu 18

2.7.2Các yếu tố ảnh hưởng khi trích ly bằng dung môi 22

2.7.3Một số biến đổi của nguyên liệu trong quá trình trích ly 24

2.7.4Các phương pháp trích ly 25

2.8 Tình hình nghiên cứu 25

2.8.1Nghiên cứu trên thế giới 25

2.8.2Nghiên cứu tại Việt Nam 29

Chương 3 NGUYÊN LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 33

3.1 Nguyên liệu 33

3.2 Hóa chất, thiết bị 33

3.2.1Hóa chất 33

3.2.2Thiết bị 34

3.3 Đánh giá chất lượng lá kinh giới 34

3.4 Phương pháp nghiên cứu 35

3.4.1Sơ đồ nghiên cứu 35

3.4.2Quy trình thực hiện các phương pháp tiền xử lý nguyên liệu 36

3.4.3Thuyết minh quy trình 37

3.4 Nội dung nghiên cứu 39

3.4.1Khảo sát ảnh hưởng của quá trình sấy đến hiệu suất trích ly 39

3.4.2Khảo sát ảnh hưởng của quá trình chần đến hiệu suất trích ly 40

3.4.3Khảo sát ảnh hưởng của quá trình lạnh đông đến hiệu suất trích ly 41

3.4.4Khảo sát ảnh hưởng của quá trình hỗ trợ vi sóng đến hiệu suất trích ly 423.4.5Khảo sát các quá trình trích ly hoạt chất của lá kinh giới sau xử lý bằng phương pháp chần 43

3.5 Phương pháp phân tích 45

Chương 4 KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU 46

5.1 Đánh giá chất lượng nguyên liệu 46

5.2 Ảnh hưởng của quá trình sấy 47

5.2.1Ảnh hưởng của thời gian sấy 47

5.2.2Ảnh hưởng của nhiệt độ sấy 48

5.3 Ảnh hưởng quá trình chần 51

5.3.1Ảnh hưởng của thời gian chần 51

5.3.2Ảnh hưởng của nhiệt độ chần 52

5.4 Ảnh hưởng của quá trình lạnh đông 54

5.5 Ảnh hưởng của quá trình hỗ trợ vi sóng 56

5.5.1Ảnh hưởng của thời gian tác động vi sóng 56

5.5.2Ảnh hưởng của công suất vi sóng 57

5.6 Ảnh hưởng quá trình trích ly hoạt chất sau xử lý bằng phương pháp chần 58

5.6.1Ảnh hưởng của thời gian trích ly 58

5.6.2Ảnh hưởng của nhiệt độ trích ly 59

5.6.3Ảnh hưởng của tỷ lệ nguyên liệu/ dung môi 61

5.6.4Ảnh hưởng của pH 62

5.6.5Ảnh hưởng của nồng độ ethanol 63

5.7 Hiệu suất trích ly của các phương pháp tiền xử lý nguyên liệu 64

A1 Xác định hàm ẩm nguyên liệu 80

A2 Xác định hàm lượng CGA 80

A3 Xác định hàm lượng TPC 82

A4 Xác định hàm lượng AC theo DPPH 84

A5 Xác định hàm lượng RA 86

A6 Xác định hàm lượng protein 87

A7 Xác định hàm lượng lipid 87

A.8 Xác định hàm lượng đường tổng 88

A9 Xác định hàm lượng xơ thô 88

A10 Xác định hàm lượng tro tổng 88

A11 Xác định hiệu suất trích ly 88

Phụ lục B Kết quả thí nghiệm 89

Phần B1: Xây dựng đường chuẩn 89

B.1.1 Đường chuẩn Acid gallic 89

B.1.2 Đường chuẩn Trolox 89

B.1.3 Đường chuẩn CGA 90

B.1.4 Đường chuẩn RA 90

Phần B2: Xác định các điều kiện ảnh hưởng quá trình tiền xử lý nguyên liệu 91

B2.1 Ảnh hưởng của quá trình chần 91

B2.2 Ảnh hưởng của quá trình sấy 91

B2.3 Ảnh hưởng của quá trình lạnh đông 92

B2.4 Ảnh hưởng của quá trình hỗ trợ vi sóng 92

B2.5Xác định các thông số trích ly 93

Hình 2.1: cây kinh giới Elsholtzia blanda 4

Hình 2.2: cây kinh giới Elsholtzia commusis 5

Hình 2.3: cây kinh giới Elsholtzia cilliata 6

Hình 2.4: cây kinh giới Elsholtzia penduliflora 7

Hình 2.5: cây kinh giới Elsholtzia rugulosa 7

Hình 2.6: cây kinh giới Elsholtzia winitiana 8

Hình 2.7: cây kinh giới Elsholtzia Pilosa 8

Hình 2.8: Cấu tạo cây kinh giới 9

Hình 2.9: Cấu trúc hóa học của các loại TPC khác nhau 13

Hình 2.10: Cấu tạo phân tử của nhóm acid phenolic 13

Hình 2.11: Cấu trúc của RA và một số dẫn xuất 15

Hình 2.12: Cấu trúc hóa học của CGA 16

Hình 2.13: Cấu trúc vi mô của các mẫu jambolan dưới kính hiển vi điện tử quét 28

Hình 3.1 Nguyên liệu lá kinh giới 33

Hình 3.2 Sơ đồ nghiên cứu 35

Hình 3.3: Quy trình thực hiện các phương pháp tiền xử lý nguyên liệu 36

để trích ly CGA và RA 36

Hình 4.1 Ảnh hưởng của thời gian sấy đến hàm lượng TPC, AC, CGA và RA 47

Hình 4.2 Ảnh hưởng của nhiệt độ sấy đến hàm lượng TPC, AC, CGA và RA 48

Hình 4.3 Hàm ẩm nguyên liệu theo nhiệt độ sấy ở thời gian sấy là 24 giờ 49

Hình 4.4 Ảnh hưởng của thời gian chần đến hàm lượng TPC, AC, CGA và RA 51

Hình 4.5 Ảnh hưởng của nhiệt độ chần đến hàm lượng TPC, AC, CGA và RA 52

Hình 4.6 Ảnh hưởng của thời gian lạnh đông đến hàm lượng TPC, AC, CGA và RA 54Hình 4.7 Ảnh hưởng của thời gian tác động vi sóng đến hàm lượng TPC, AC, 56

CGA và RA 56

Hình 4.8 Ảnh hưởng của công suất vi sóng đến hàm lượng TPC, AC theo DPPH, CGA và RA 57

Hình 4.9 Ảnh hưởng của thời gian trích ly đến hàm lượng TPC, AC, CGA và RA 58

Hình 4.10 Ảnh hưởng của nhiệt độ trích ly đến hàm lượng TPC, AC, CGA và RA 59

Hình 4.11 Ảnh hưởng của tỷ lệ nguyên liệu/ dung môi đến hàm lượng TPC, AC CGA

và RA 61

Hình 4.12 Ảnh hưởng của pH đến hàm lượng TPC, AC, CGA và RA 62

Hình 4.13 Ảnh hưởng của nồng độ ethanol đến hàm lượng TPC, AC, CGA và RA 63

Hình 4.14 Ảnh hưởng của PP tiền xử lý đến hàm lượng TPC, AC, CGA và RA 64

Hình 4.15 So sánh hiệu suất trích ly các hoạt chất theo các phương pháp tiền xử lý nguyên liệu tươi 66

Hình 4.16 Mẫu lá kinh giới sấy 66

Hình 4.17 Mẫu lá kinh giới chần 67

Hình 4.18 Mẫu lá kinh giới chần kết hợp lạnh đông 67

Hình 4.19 Mẫu lá kinh giới chần kết hợp lạnh đông và hỗ trợ vi sóng 68

Hình phụ lục B.1 Đường chuẩn Acid gallic 89

Hình phụ lục B.2 Đường chuẩn Trolox 89

Hình phụ lục B.3 Đường chuẩn CGA 90

Hình phụ lục B.4 Đường chuẩn RA 90

Bảng 2.1: Ảnh hưởng của nhiệt độ và thời gian chần đến hàm lượng phenolic tổng số

(mg/g), flavonoid (mg/g) và DPPH (mg/mL) trong trà thảo mộc Methapiperita L 30

Bảng 2.2: Ảnh hưởng của nhiệt độ sấy đến hàm lượng phenolic tổng số (mg/g), flavonoid (mg/g) và DPPH (mg/mL) trong trà thảo mộc Methapiperita L 30

Bảng 3.1 Bố trí thí nghiệm khảo sát ảnh hưởng củả quá trình sấy 40

Bảng 3.2 Bố trí thí nghiệm khảo sát ảnh hưởng của quá trình chần 41

Bảng 3.3 Bố trí thí nghiệm khảo sát ảnh hưởng của quá trình lạnh đông 42

Bảng 3.4 Bố trí thí nghiệm khảo sát ảnh hưởng của quá trình hỗ trợ vi sóng 43

Bảng 3.5 Bố trí thí nghiệm khảo sát các thông số của quá trình trích ly 44

Bảng 4.1 Thành phần hóa học trong lá kinh giới tươi 46

Bảng phụ lục A.1: Các mẫu dung dịch chuẩn CGA pha loãng 81

Bảng phụ lục A.2: Các mẫu dung dịch chuẩn acid gallic pha loãng 83

Bảng phụ lục A.3: Các mẫu dung dịch trolox chuẩn 85

Bảng phụ lục A.4: Các mẫu dung dịch RA chuẩn 86

Bảng phụ lục B.1 Kết quả ảnh hưởng của thời gian chần 91

Bảng phụ lục B.2 Kết quả ảnh hưởng của nhiệt độ chần 91

Bảng phụ lục B.3 Kết quả ảnh hưởng của thời gian sấy 91

Bảng phụ lục B.4 Kết quả ảnh hưởng của nhiệt độ sấy 92

Bảng phụ lục B.5 Kết quả ảnh hưởng của thời gian lạnh đông 92

Bảng phụ lục B.6 Kết quả ảnh hưởng của thời gian tác động vi sóng 92

Bảng phụ lục B.7 Kết quả ảnh hưởng của công suất vi sóng 93

Bảng phụ lục B.8 Kết quả ảnh hưởng của thời gian trích ly 93

Bảng phụ lục B.9 Kết quả ảnh hưởng của nhiệt độ trích ly 93

Bảng phụ lục B.10 Kết quả ảnh hưởng của tỷ lệ nguyên liệu/ dung môi 94

Bảng phụ lục B.11 Kết quả ảnh hưởng của pH 94

Bảng phụ lục B.12 Kết quả ảnh hưởng của nồng độ ethanol 94

Bảng phụ lục B.13 Kết quả ảnh hưởng của các phương pháp tiền xử lý 95

Bảng phụ lục B.14 Hiệu suất trích ly của các phương pháp tiền xử lý 95

DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT

AC Antioxidant Capacity Hoạt tính kháng oxy hóa

CGA Chlorogenic acid

DPPH 2,2-diphenyl-1-picrylhydrazyl

GAE Gallic Acid Equivalent Đương lượng acid gallic

SEM Scanning electron microscop Kính hiển vi điện tử quét

w/v weigh/ volume Tỷ lệ khối lượng trên thể tích

1.1 Đặt vấn đề

Thực vật từ lâu đã là nguồn dược liệu chữa bệnh suốt hàng ngàn năm qua, y học cổ truyền đã sử dụng chúng trong phòng và chữa bệnh cho con người Ứng dụng điều trị của chúng là do sự hiện diện của một loạt các chất chuyển hóa thứ cấp hoặc hoạt chất sinh học như alkaloid, saponin, flavonoid, glycoside và phenol [1]

Theo dòng lịch sử, các loài thực vật thuộc họ Lamiaceae được sử dụng rất phong

phú trong việc làm hương liệu cho món ăn; bảo quản thực phẩm và sản xuất dược phẩm do chúng chứa nhiều hợp chất có hoạt tính sinh học có giá trị của chất chống

oxy hóa tự nhiên [2] Các loài thực vật thuộc họ Lamiaceae giúp phòng và chữa nhiều

bệnh lý nhờ vào đặc tính chống oxy hóa, kháng khuẩn, kháng viêm, kháng vi rút và

chống ung thư [1], [2], [3] Các loài thực vật thuộc họ Lamiaceae là một nguồn phong

phú các hợp chất phenolic có hoạt tính sinh học đa chiều với các lớp chính là acid phenolic (CGA, RA và flavonoids) [1]

Trong ngành thực phẩm, đa số nguồn thực vật chứa các chất có hoạt tính sinh

học tự nhiên của họ Lamiaceae thuộc chi Elsholtzia như húng quế, húng chanh, kinh

giới, bạc hà, hương thảo, xô thơm… [1] được sử dụng làm rau ăn tươi Bên cạnh đó,

có nhiều nghiên cứu thu nhận các thành phần có hoạt tính sinh học từ họ Lamiaceae

để bổ sung vào thực phẩm với mục đích giúp tăng giá trị dinh dưỡng cho thực phẩm, kéo dài thời gian bảo quản thực phẩm [4]

Chi Elsholtzia, trong đó có rau thơm, kinh giới với sự đa dạng về chủng loài

cũng được nghiên cứu rất nhiều và được ứng dụng trong thực phẩm và dược phẩm [5] Nhiều phương pháp trích ly thu nhận các hợp chất có hoạt tính sinh học từ các bộ phận của cây kinh giới Các phương pháp tiền xử lý nguyên liệu rất quan trọng cần được nghiên cứu kết hợp với phương pháp trích ly, bởi vì đây là giai đoạn tăng mức độ phá vỡ tế bào và tăng bề mặt chiết là yếu tố ảnh hưởng rất lớn đến khả năng trích ly [6] Do đó, tìm ra các thông số phù hợp trong quá trình tiền xử lý nguyên liệu sẽ giúp đạt hiệu suất trích ly hiệu quả hơn [4], [7], [8], [9], [10], [11], [12]

Các kết quả nghiên cứu trước đây cho thấy sự kết hợp nhiều phương pháp tiền xử lý nguyên liệu từ cây kinh giới chưa được quan tâm Do đó, chúng tôi thực hiện Luận văn với đề tài “Nghiên cứu ảnh hưởng của phương pháp tiền xử lý nguyên liệu

đến hiệu suất trích ly TPC, CGA và RA từ lá kinh giới (Elsholtzia ciliata)” Nhằm

nâng cao hiệu suất trích ly hoạt chất bởi ảnh hưởng của sự kết hợp các phương pháp xử lý nguyên liệu lá trước khi trích ly hoạt chất

1.2 Mục tiêu nghiên cứu

Xác định được phương pháp tiền xử lý lá kinh giới mang lại hiệu suất trích ly TPC, CGA và RA cao nhất

1.3 Đối tượng và nội dung nghiên cứu

Đối tượng nghiên cứu: lá từ cây kinh giới được trồng hữu cơ tại Lâm Đồng Địa điểm nghiên cứu: Phòng thí nghiệm B10 - trường Đại học Bách khoa

TP.HCM

Thời gian thực hiện: từ ngày 04/09/2023 đến ngày 18/12/2023 Nội dung nghiên cứu:

Nội dung 1: Phân tích thành phần nguyên liệu lá kinh giới ban đầu

Nội dung 2: Khảo sát ảnh hưởng của quá trình sấy lá kinh giới đến hiệu suất trích ly hoạt chất sinh học

Nội dung 3: Khảo sát ảnh hưởng của quá trình chần lá kinh giới đến hiệu suất trích ly hoạt chất sinh học

Nội dung 4: Khảo sát ảnh hưởng của quá trình lạnh đông lá kinh giới đến hiệu suất trích ly hoạt chất sinh học

Nội dung 5: Khảo sát ảnh hưởng của quá trình tác động vi sóng lá kinh giới đến hiệu suất trích ly hoạt chất sinh học

Nội dung 6: Khảo sát điều kiện của quá trình trích ly lá kinh giới sau xử lý chần Nội dung 7: Đánh giá hiệu suất trích ly của các phương pháp tiền xử lý nguyên liệu

1.4 Tính mới của đề tài

Nghiên cứu ảnh hưởng của các phương pháp tiền xử lý nguyên liệu lá kinh giới tươi và phương pháp tiền xử lý kết hợp để nâng cao hiệu suất trích ly TPC, CGA, RA

Bên cạnh đó, cũng chưa có nhiều nghiên cứu để so sánh hiệu quả trích ly tổng TPC, CGA, RA với sự kết hợp của các phương pháp tiền xử lý nguyên liệu khác nhau Do đó, tính mới trong nghiên cứu này là nhằm đánh giá tác động riêng lẻ và

xác định phương pháp tiền xử lý đạt hiệu suất trích ly TPC, CGA và RA cao nhất so với mẫu lá kinh giới tươi chưa qua xử lý Đồng thời trong nghiên cứu này cũng thực hiện khảo sát hình thái tế bào lá kinh giới với kính hiển vi điện tử quét (SEM) theo các phương pháp tiền xử lý nguyên liệu, minh chứng cho hiệu suất trích ly.

Chương 2 TỔNG QUAN 2.1 Tổng quan về cây kinh giới

2.1.1 Giới thiệu chung

Cây kinh giới còn có tên gọi khác là khương giới,giả tô, kinh giới rìa, bán biên tô, tiểu kinh giới, bài hương thảo Tên khoa học là Elsholzia cilliata.

Cây kinh giới là một loại cây thân thảo, có mùi thơm, chứa nhiều tinh dầu, thuộc

chi Elsholtzia, họ hoa môi Lamiaceae [13], là một họ thực vật có hoa chứa khoảng 236

chi và hơn 6.000 loài [1] Cây kinh giới được sử dụng như một loại gia vị có mùi hương, chúng được dùng làm phương thuốc trong y học dân gian như trà thảo mộc; sử dụng làm thực phẩm, gia vị, đồ uống; liệu pháp mùi hương và là nguồn sản xuất mật ong [14]

Ưu điểm của cây kinh giới là rất dễ trồng vì chúng có yêu cầu thấp đối với môi trường trồng trọt, tốc độ tăng trưởng ngắn, thu hoạch vào mùa hè và mùa thu, ưa sáng và ưa ẩm, có thể hơi chịu nóng, thích nghi với đất phù sa và đất thịt Mùa hoa kinh giới từ tháng 7 đến tháng 10, mùa quả từ tháng 10 đến tháng 12 [15]

Cây kinh giới phân bố rộng rãi ở Đông Á, Châu Phi, Bắc Mỹ và Châu Âu, đặc biệt là ở Trung Quốc, Hàn Quốc, Nhật Bản và Ấn Độ [14]

Theo thống kê, hiện nay tại Việt Nam có khoảng 07 loài kinh giới thuộc chi

Elsholtzia, với tên gọi có chứa cụm từ kinh giới gồm Elsholtzia blanda, Elsholtzia

commusis, Elsholtzia cilliata, Elsholtzia penduliflora, Elsholtzia rugulosa, Elsholtzia winitiana, Elsholtzia Pilosa:

Elsholtzia blanda: còn gọi là kinh giới rừng, kinh giới núi, Tả hoàng dồ (Hmông), Dê sua tùa; phân bố ở Lai Châu, Lào Cai, Hà Giang Cây mọc tự nhiên ở vùng núi cao.

Hình 2.1: cây kinh giới Elsholtzia blanda

− Chủng cho tinh dầu giàu linalol (>70%)

− Chủng cho tinh dầu giàu linalol (50%) và cineol (20%) − Chủng cho tinh dầu giàu α-naginaten (53 - 65%)

− Chủng cho tinh dầu giàu α-naginaten (43%) và dehydro elsholtzia keton (14%) − Chủng cho tinh dầu giàu dehydro elsholtzia keton (58%) và α-naginaten (12%) Trong đó chủng giàu linalol có ý nghĩa khai thác tinh dầu Ðây có thể là nguồn nguyên liệu cho tinh dầu giàu linalol có giá trị ở Việt Nam

Elsholtzia commusis: còn gọi là kinh giới bông, phân bố ở Lào Cai, Hà Giang Cây mọc tự nhiên ở các bãi hoang ven đường vùng núi, ở độ cao 1000 – 1600m.

Hình 2.2: cây kinh giới Elsholtzia commusis

Elsholtzia cilliata: còn gọi là Khương giới, phân bố ở các tỉnh phía Bắc và TP Hồ

Chí Minh; cây cao 40-60 cm; thường sử dụng làm rau gia vị Thân vuông, có lông mịn Lá mọc đối chéo chữ thập, phiến lá hình trứng thuôn, đầu nhọn, mép lá có răng cưa Hoa nhỏ màu tím nhạt hoặc hồng tía, mọc thành bông ở đầu cành; lá bắc rộng màu lục, không cuống, dài hình ống Toàn cây có mùi thơm Bộ phận dùng, thu hái

và chế biến: toàn cây trên mặt đất (Herba Elsholtziae) dùng tươi, phơi hoặc sấy khô; thu hái vào lúc cây đang ra hoa Thành phần hóa học: Cả cây chứa chủ yếu là

tinh dầu (perillen 2,1-3,9%, elsholtzia keton 3,3-19,3%, dehydro-elsholtzia keton 66,1-72,4%…) Hợp chất flavonoid (apigenin, luteolin, dẫn chất methoxy flavon).

Hình 2.3: cây kinh giới Elsholtzia cilliata

Elsholtzia penduliflora: còn gọi là kinh giới hoa rủ, kinh giới rủ, cao 1-2m, mọc thành bụi nhỏ, thân vuông có lông mềm, phân nhánh nhiều Lá mọc đối, có cuống ngắn hình mác, gốc và đầu thuôn nhọn, dài 5-15cm, rộng 1-5cm Mặt trên phiến lá nhẵn, chỉ có lông ở gân, còn mặt dưới có lông mịn, màu nhạt hơn Mép khía răng của phiến lá không đều, đôi khi có viền màu tím nhạt Toàn cây có tinh dầu thơm, được mô tả là tương tự như hương của cây khuynh diệp, cây tràm…; chứa 0,4-0,6%, tinh dầu mùi thơm Bộ phận chứa tinh dầu chiếm tỷ lệ cao nhất là lá (0,4-0,6%), tiếp theo là hoa (0,28-0,47%), cành (0,16-0,25%) Hàm lượng tinh dầu cao nhất được ghi nhận vào khoảng tháng 8 đến tháng 9. Trong đó thành phần chủ yếu là cineol, chiếm 75-80% hoặc 56-60%, tùy phương pháp phân tích Bên cạnh đó, còn ghi nhận một số hoạt chất khác như: α-pinen và β-pinene; α-terpineol; α-phellandrene; Camphen, geranyl acetat, linalool, geraniol, β-caryophylen, β-℃imen, linalyl acetat…

Elsholtzia penduliflora được phát hiện ở vùng núi cao từ 1.450 - 1.600m ở Sìn Hồ (Lai Châu), Bát Xát (Lào Cai), Sa Pa, Đồng Văn, Mường Lống-Kỳ Sơn (Nghệ An), Quản Ba (Hà Giang)…

Hình 2.4: cây kinh giới Elsholtzia penduliflora

Elsholtzia rugulosa: Kinh giới sần hay kinh giới nhám; kinh giới gân nổi, E

rugulosa được biết đến tại Trung Quốc như là một loại trà thảo dược để chữa trị cảm

lạnh và sốt cũng như là loại cây để cung cấp mật hoa cho ong mật Luteolin chiết

từ Elsholtzia rugulosa đã được chứng minh là có tác dụng bảo vệ thần kinh trong

một mô hình tế bào bệnh Alzheimer Nó chứa các flavonoit glycoside apigenin O-alpha-D-glucopyranoside và 5,7,3',4'-tetrahydroxy-5'-C-prenylflavone-7-O-beta-D-glucopyranoside, bên cạnh vài glycoside khác Nó có tác dụng chống lại vi khuẩn.

4'-kháng methicillin là Staphylococcus aureus Apigenin và luteolin, các hợp chất có

trong loài cây này, có thể giúp chống lại virus cúm H3N2

Hình 2.5: cây kinh giới Elsholtzia rugulosa

Elsholtzia winitiana: còn gọi là kinh giới đất, kinh giới dày Ở nước ta, cây mọc hoang trên các đồi và ở chân núi, nhất là trong các rừng thông, gặp nhiều ở Kontum và Lâm đồng (Đà lạt), ở độ cao trên 800m Người ta thu hái những cành lá trước khi cây có hoa hoặc đang có ít nụ hoa, phơi khô Cành lá có tinh dầu thơm như các loài kinh giới khác, hàm lượng tới 1% Có tác dụng như kinh giới, làm thuốc tiêu độc, cầm máu.

Hình 2.6: cây kinh giới Elsholtzia winitiana

Elsholtzia Pilosa: còn gọi là kinh giới lông, phân bố ở Lào Cai (Sa Pa), là loài cỏ nhiều năm, mọc trong môi trường ẩm và sáng, ở độ cao trên 800m.

Hình 2.7: cây kinh giới Elsholtzia Pilosa

Cấu tạo

Kinh giới thuộc loài cây thảo, cao 30 – 50 cm, thân vuông, mọc thẳng Hoa tự có lá bắc to, mọc thành bông ở đầu cành hoa nhỏ có màu tím nhạt Lá kinh giới mọc đối nhau, phiến lá thuôn, có cuống dài 2 – 3 cm, lá hình nang trứng, nhọn ở đầu, 2 bên mép lá có răng cưa Lá có màu xanh hoặc màu tía, sần sùi, mặt trên có nhiều lông bao phủ

Hình 2.8: Cấu tạo cây kinh giới

Thành phần dinh dưỡng trong 100g cây kinh giới [16]

Chồi ngọn Gân lá

Rễ

Cuống lá Khía lá

2.1.3 Thành phần hóa học

Nghiên cứu của Pudziuvelyte và cộng sự, 2020, về E cilliata (Thunb.) Hyl chiết

xuất từ các bộ phận khác nhau của thực vật: thành phần phenolic, hoạt tính chống oxy hóa và kháng viêm: sử dụng phương pháp phân tích HPLC trên chiết xuất ethanol từ

thân, lá, hoa và toàn bộ cây kinh giới E cilliata, kết quả cho thấy: có 12 hợp chất

phenolics đã được tìm thấy trong nguyên liệu, trong đó CGA, RA và rutin là những hợp chất chiếm ưu thế; lượng phenolic có trong dịch chiết từ lá là 89,55 ± 3,91 mg GAE/g chất khô cao hơn so với dịch chiết từ thân (61,25 ± 1,91 mg GAE/g chất khô) và dịch chiết từ hoa (77,39 ± 0,94 mg GAE/g chất khô) Lượng hoạt chất kháng oxy hóa theo DPPH; RA và CGA trong dịch chiết từ lá lần lượt là 319,78 ± 15,15 µmol TE/ g chất khô; 0,115 ± 0,011 mg/ g và 10,477 ± 0,391 (mg/g) [17]

Nghiên cứu của Liu và cộng sự, 2012, về đánh giá hoạt động chống oxy hóa của

dịch chiết và các phần phân đoạn từ các bộ phận khác nhau của cây E cilliata: kết quả

cho thấy hàm lượng phenolic ở lá là 30,64 ± 1,04 g/100g [18]

2.1.4 Tác dụng dược lý

Để khảo sát và đánh giá tác dụng dược lý của cây kinh giới đối với sức khỏe con người, các nhà nghiên cứu đã sử dụng phần trên mặt đất của cây kinh giới đã được phơi sấy nhẹ đến khô hoặc dùng dạng thuốc sắc hoặc tán bột hoặc có thể dùng tươi [15]

Trong y học cổ truyền, theo Viện Y dược học dân tộc Việt Nam, cây kinh giới được sử dụng điều trị cho các trường hợp mắc cảm mạo, phong nhiệt, phong hàn, mụn nhọt, dị ứng; trị đau đầu, sốt, tiêu chảy, phù nề, đông máu, đau dạ dày, viêm họng, nhiễm trùng cổ họng [19] [20]

Trong y học hiện đại, tinh dầu kinh giới có hoạt tính chống ung thư đối với u nguyên bào thần kinh đệm ở người, ung thư vú và ung thư tuyến tụy [3]; chống vi khuẩn, chống oxy hóa, chống ung thư, chống viêm, các hoạt động an thần, chống ung thư và chống khối u [1]

Tinh dầu kinh giới còn có tác dụng thay thế thuốc trừ sâu để chống lại côn trùng và ấu trùng gây hại cho lương thực (ngũ cốc, bột ngũ cốc)[20] và côn trùng làm hư hỏng

nhiều thực phẩm như loài bọ cánh cứng Tribolium castaneum [21]

Các thành phần của cây kinh giới đều có hoạt tính chống viêm và chống nhiễm trùng ngoại vi cũng như nhiễm trùng trung tâm, các phân đoạn của chúng cho thấy hoạt

năng gây độc tế bào đối với hai dòng tế bào ung thư (tế bào ung thư biểu mô đáy phế nang ở người (A549) và tế bào ung thư vú MDA – MB) [22]

2.2 Tổng quan về chất chống oxy hóa

Chất chống oxy hóa bậc hai: kìm hãm sự hình thành gốc tự do (hấp thụ các tia cực tím; tạo phức với các kim loại kích thích tạo gốc tự do như Cu, Fe; vô hoạt oxy đơn)

2.2.2 Phân loại

Có nhiều cách phân loại chất chống oxy hóa dựa trên nguồn gốc, cấu trúc của chúng, một trong những cách đó là dựa trên bản chất enzyme hoặc không enzyme của chất chống oxy hóa như sau:

Chất chống oxy hóa có bản chất enzyme

Chất chống oxy hóa có bản chất enzyme hoạt động bằng cách chuyển đổi các sản phẩm trao đổi chất bị oxy hóa trong một quy trình gồm nhiều bước thành hydro peroxide và sau đó thành H2O bằng cách sử dụng các yếu tố như sắt, kẽm, đồng, mangan Các chất oxy hóa bản chất enzyme bao gồm Superoxide dismutases, Glutathion peroxidase (GSH-Px), Catalase, Acid lipoic peroxiredoxins [23]

Chất chống oxy hóa phi enzyme

Chất chống oxy hóa không có bản chất enzyme là những hợp chất do cơ thể sinh ra (có nguồn gốc nội sinh) như Coenzyme Q10, glutathion, methionine, Polymines, acid uric, bilibrubin, proteins huyết thanh hoặc các chất chống oxy hóa ngoại sinh có nhiều trong thực vật được cung cấp vào cơ thể thông qua khẩu phần ăn gồm có các nhóm vitamin C, vitamin E, carotenoids, flavonoids, polyphenol và khoáng chất Se, Mn, Cu, Zn Các chất này có nhiều trong rau quả, chúng được coi là các chất chống oxy hóa tự

2.3 Tổng quan về polyphenol

2.3.1 Giới thiệu

TPC là một nhóm các hợp chất hóa học có mặt chủ yếu ở thực vật, trái cây, rau quả Đặc trưng của nhóm hợp chất này là sự hiện diện của vòng thơm benzen cùng với một hoặc một vài nhóm hydroxyl (-OH) gắn trên nhân thơm

Các hợp chất TPC có thể tồn tại trong tự nhiên dưới dạng aglycones tự do hoặc ở trạng thái ester hóa với glucose và các carbohydrate khác (dạng glycoside) Tuy nhiên, trong tự nhiên TPC chủ yếu tồn tại ở dạng glycoside do ở dạng aglycones tự do không bền, dễ bị phân hủy

Chất chiết xuất từ cây kinh giới là một nguồn TPC phong phú nhưng phần khối lượng của chúng phụ thuộc vào điều kiện trích ly, thời gian trích ly, độ phân cực dung môi và các chất khác [13]

Đặc tính của TPC: không màu và có tính se khắt khứu giác Nó không cho mùi vị nhưng lại là chất chống oxy hóa cực mạnh

Tác dụng sinh học của các TPC được giải thích là do chúng có tác dụng khử các gốc tự do Các gốc tự do được sinh ra và tích lũy trong cơ thể, là nguyên nhân dẫn đến bệnh tật và làm tăng tốc độ quá trình lão hoá cơ thể con người

2.3.2 Phân loại

Có hơn 8.000 loại TPC đã được xác định trong các loại thực vật khác nhau, TPC có thể được phân loại thành các nhóm khác nhau theo chức năng của số lượng vòng phenol mà chúng chứa và trên cơ sở các yếu tố cấu trúc liên kết các vòng này với nhau, TPC có thể được phân loại thành ba nhóm chính: acid Phenolic, Flavonoids và Non-Flavonoids [24]

Hình 2.9: Cấu trúc hóa học của các loại TPC khác nhau

Acid phenolic là dẫn xuất của acid benzoic và acid cinnamic Chúng có nguồn

gốc từ acid hydroxycinnamic (acid caffeic, acid ferulic, acid p-coumaric, .) và acid hydroxybenzoic (acid syringic, acid vanillic, acid gentisic, ), trong phân tử của chúng có một hoặc nhiều nhóm hydroxyl và nhóm acid cacboxylic được gắn trên một vòng benzen Acid phenolic được tìm thấy trong tất cả các nhóm thực phẩm và chúng có nhiều trong ngũ cốc, các loại đậu, hạt có dầu, trái cây, rau, đồ uống và thảo mộc

Hình 2.10: Cấu tạo phân tử của nhóm acid phenolic

Flavonoids là nhóm hợp chất phenol có cấu tạo khung theo kiểu C6-C3-C6 hay

nói cách khác là khung cơ bản gồm 2 vòng benzen nối với nhau qua một mạch 3 carbon (dị vòng pyran) Flavonoids là một nhóm lớn của TPC Có nhiều cách để phân loại nhóm flavonoids là dựa trên sắc tố hoặc dựa trên vị trí của gốc aryl so với khung chroman

Non-flavonoids không có cấu tạo đặc trưng của acid phenolic hay flavonoids và

gồm 2 nhóm nhỏ là Stilbenes và Lignans:

Stilbenes: có cấu trúc đặc trưng bởi sự hiện diện của nhân 1,2-diphenylethylene

có thể được chia làm 2 loại là stilbene đơn phân và oligomeric Chúng có các đặc tính sinh học quan trọng, nhờ chất chống oxy hóa, chống viêm, chất chống ung thư và chất kháng khuẩn Chúng cũng có tác dụng bảo vệ gan, chống lại bệnh Alzheimer và ức chế sự gia tăng glucose và triglycerid trong huyết tương

Lignans: là những hợp chất có cấu trúc 2,3-dibenzylbutan liên kết với chất xơ

được tìm thấy trong nhiều họ thực vật và thực phẩm thông thường, bao gồm ngũ cốc, quả hạch, hạt, rau và đồ uống như trà, cà phê hoặc rượu vang

2.3.3 Tác dụng dược lý

TPC có tác dụng như chất chống oxy hóa, chúng có tác dụng bảo vệ tim mạch, giảm đau, chống ung thư, chống bệnh đái tháo đường, chống lão hóa, chống bệnh thần kinh, chống viêm, chống hen suyễn, hạ huyết áp, bảo vệ gan, giảm cholesterol, kháng nấm, kháng vi khuẩn, kháng virus [13] [25], [26], [27], [28]

2.4 Tổng quan về acid rosmarinic

2.4.1 Giới thiệu

RA là một este của acid caffeic và acid 3,4-dihydroxyphenyllactic Nó thường

được tìm thấy ở các loài thuộc họ Bora ginaceae và phân họ Nepetoideae của

Lamiaceae Tuy nhiên, nó cũng được tìm thấy ở các loài thuộc họ thực vật bậc cao khác

và ở một số loài dương xỉ và rêu sừng Công thức phân tử: C18H16O8 Trọng lượng phân tử: 360.33 [29]

Hình 2.11: Cấu trúc của RA và một số dẫn xuất

2.4.2 Tính chất vật lý

▪ Chất rắn kết tinh, sôi ở 694,71℃; 760 mm Hg ▪ Điểm nóng chảy: 171-175℃

▪ Độ hòa tan: Hòa tan trong Ethanol, Dimethyl sulfoxide hoặc dimethyl formamid

2.4.3 Tác dụng dược lý

Trong nghiên cứu của Maike Petersena và cộng sự năm 2002 [29], thống kê một số các hoạt động sinh học đã được mô tả cho RA, đó là các hoạt động chính như chống oxy hóa, chống viêm, chống đột biến, kháng khuẩn và kháng vi-rút; hoạt động thứ hai được sử dụng trong điều trị nhiễm trùng Herpes simplex với chiết xuất chứa RA Các đặc tính chống viêm được cho là dựa trên sự ức chế lipoxygenase và cyclooxygenase và sự can thiệp của RA với liều lượng bổ sung RA được loại bỏ nhanh chóng khỏi tuần hoàn máu sau khi tiêm tĩnh mạch (thời gian từ 2 đến 9 phút) và cho thấy độc tính rất thấp với LD50 ở chuột là 561 mg/kg sau khi tiêm tĩnh mạch Các hợp chất phenolic như RA có thể bảo vệ chống ung thư và góp phần vào hoạt động chống oxy hóa của thực vật được sử dụng trong ngành công nghiệp mỹ phẩm

2.5 Tổng quan về acid chlorogenic

2.5.1 Giới thiệu

- Công thức phân tử: C16H18O9 [30]

- Trọng lượng phân tử: 354, 30 g/mol [30]

- Tên khoa học theo hệ thống IUPAC:(1S,3R,4R,5R)-3-[(E)-3-(3,4- dihydroxyphenyl) prop-2-enoyl]oxy-1,4,5-trihydroxycyclohexane-1-carboxylic acid

- Tên khác: 3-O-Caffeoylquinic acid

3-(3,4-Dihydroxycinnamoyl) quinic acid 3-Caffeoylquinic acid

(E)-chlorogenic acid

Hình 2.12: Cấu trúc hóa học của CGA

Về mặt cấu trúc, CGA là este được hình thành giữa acid caffeic và 3-hydroxyl của axit L-quinic Các chất đồng phân của CGA bao gồm este caffeoyl tại các vị trí hydroxyl khác trên vòng acid quinic: acid 4-O-caffeoylquinic (acid crypt℃hlorogenic hoặc 4-CQA) và acid 5-O-caffeoylquinic (axit neochlorogen hoặc 5-CQA)

CGA là một acid phenolic hòa tan trong nước được thực vật tổng hợp trong quá trình hô hấp hiếu khí [31], có sẵn nhiều nhất trong thực phẩm như hạt cà phê xanh, trà, khoai tây, cà tím, đào, mận khô,

2.5.2 Tính chất vật lý

CGA là chất rắn, dạng bột màu trắng hoặc hơi ngã vàng, tan được trong nước và trong dung môi hữu cơ như ethanol, methanol, dimethyl sulfoxyd, dimethylformamid Đây là một chất khá bền vững, điều kiện bảo quản tốt nhất là 4℃

Nhiệt độ nóng chảy: 205 – 209℃

CGA là có nhiều hoạt tính sinh học quan trọng nên nó được sử dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực như y học, thực phẩm, chăm sóc sức khỏe và công nghiệp hóa chất như sau [30]:

Tác dụng chống oxy hóa: Hoạt động chống oxy hóa là một trong những hoạt động

quan trọng của CGA vì chúng có thể loại bỏ ba loại oxy hóa khử như superoxide, hydro peroxide và các gốc hydroxyl (- OH, O-2 và H2O2), khi nồng độ CGA cao tác dụng nhặt gốc tự do thể hiện rất rõ, tuy nhiên khi nồng độ thấp khả năng kháng oxy giảm đi và có thể thúc đẩy quá trình oxy hóa [30] CGA làm giảm tổn thương gan do rượu bằng cách làm giảm sự tích tụ các sản phẩm oxy hóa như superoxide, hydro peroxide và các gốc hydroxyl, bên cạnh đó nó còn giúp ức chế stress do oxy hóa [32]

Tác dụng chống viêm: CGA chống viêm bằng cách ức chế các phản ứng viêm và

tăng cường hệ thống phòng thủ chống oxy hóa Một số nghiên cứu cho thấy tác dụng chống viêm của CGA như chống viêm mô tụy, phổi ở chuột bị viêm phổi [33]

Tác dụng kháng khuẩn và kháng virus: về kháng khuẩn, CGA có hoạt tính kháng

khuẩn phổ rộng và có khả năng ức chế nhất định đối với Escherichia coli,

Staphilococcus aureus, nấm men, Aspergillus niger và Bacillus subtilis CGA kháng

nấm mạnh hơn kháng vi khuẩn, tác dụng kháng khuẩn của CGA bị ảnh hưởng bởi nhiệt độ, tác dụng tăng khi nhiệt độ tăng, tuy nhiên nếu nhiệt độ vượt quá 60℃, tác dụng kìm khuẩn sẽ giảm [34]

Tác dụng hạ đường huyết và hạ lipid máu: CGA có thể duy trì nồng độ đường

trong máu và ngăn chặn bệnh đái tháo đường ở một mức độ nhất định [35] Về tác dụng hạ lipid máu, CGA giúp điều chỉnh quá trình chuyển hóa cholesterol bằng cách ức chế hoạt động của hydroxylmethyl glutaric coenzyme A reductase [36] Ngoài ra, CGA cũng giúp ức chế lipase tuyến tụy nên nó được sử dụng để can thiệp bệnh béo phì và đái tháo đường [37]

Tác dụng chống bệnh tim mạch: CGA loại bỏ các gốc tự do và chống peroxy hóa

lipid, làm tăng nồng độ các ion kali trong máu, giảm nồng độ triacylglycerol và cholesterol trong máu, bảo vệ các tế bào nội mô mạch máu và do đó có tác dụng bảo vệ hiệu quả đối với hệ thống tim mạch.[30]

Tác dụng chống đột biến và chống ung thư: CGA ức chế đột biến mạnh mẽ, ức

chế đột biến do aflatoxin B và quá trình nitro hóa gây ra, đồng thời làm giảm hiệu quả sự đột biến của các tế bào hồng cầu trong tủy xương do bức xạ gây ra [38] Về tác dụng chống ung thư, CGA có tác dụng ức chế đáng kể đối với ung thư đại trực tràng, ung thư gan, ung thư phổi, ung thư ruột kết…nên chúng được xem là một chất hóa học bảo vệ ung thư hiệu quả [30] Đồng thời, CGA cũng giúp ngăn chặn chu kỳ phát triển của tế bào bằng cách gây ra quá trình chết theo chương trình và cũng ức chế sự phát triển của tế bào ung thư [30]

Tác dụng điều hòa miễn dịch: CGA đóng vai trò điều hòa miễn dịch bằng cách

ức chế sản xuất các cytokine chống viêm bằng đại thực bào, loại bỏ các tế bào khối u ác tính [39]

2.6 Quá trình tiền xử lý nguyên liệu 2.6.1 Phương pháp sấy

Cơ sở khoa học [40]

Sấy là một quá trình chuyển khối rất phức tạp Chúng có sự tham của pha rắn Quá trình này bao gồm cả quá trình khuếch tán bên trong và cả bên ngoài vật liệu rắn Đồng thời diễn ra quá trình truyền nhiệt Đây là một quá trình nối tiếp nhau, không tách rời Nói một cách khác, quá trình này sẽ chuyển lượng nước trong vật liệu từ pha lỏng sang pha hơi Cuối cùng tách pha hơi ra khỏi vật liệu ban đầu

Động lực của quá trình này chính là sự chênh lệch độ ẩm Chênh lệch ở trong lòng và bên trên bề mặt vật liệu Quá trình khuếch tán chuyển pha sẽ được áp dụng trên bề mặt vật liệu Tiêu chuẩn là lớn hơn áp suất suất riêng của hơi nước trong môi trường không khí xung quanh

Lựa chọn thông số sấy [8]

- Nhiệt độ sấy lá thực vật dao động từ 40 đến 60℃ - Thời gian sấy lá thực vật từ 5 giờ đến 48 giờ

Ưu điểm – Nhược điểm

Trong phương pháp sấy gồm có sấy tự nhiên và sấy nhân tạo, sấy tự nhiên tốn nhiều thời gian để làm giảm độ ẩm của nguyên liệu đồng thời làm mất đi hoạt chất cần thu nhận do enzyme PPO và POD có thời gian oxy hóa các hợp chất polyphenol và hoạt tính kháng oxy hóa Phương pháp sấy đối lưu bằng không khí nóng tốn ít thời gian hơn,

nhiên, ngoài ra sấy đối lưu có thể điều chỉnh thời gian và nhiệt độ phù hợp với từng loia5 nguyên liệu khác nhau

2.6.2 Phương pháp chần

Cơ sở khoa học [40]

Chần là một quá trình xử lý nguyên liệu ở nhiệt độ cao, sử dụng nước nóng hoặc hơi nước Khi sử dụng nước nóng để chần, nguyên liệu sẽ được nhúng vào trong nước nóng ở nhiệt độ và thời gian thích hợp với mục đích chính là ức chế các enzyme có trong nguyên liệu

Quá trình chần gồm ba giai đoạn: gia nhiệt nguyên liệu đến giá trị nhiệt độ chần, giữ nguyên liệu ở nhiệt độ chần trong một khoảng thời gian xác định và làm nguội nguyên liệu hoặc chuyển nhanh nguyên liệu sang công đoạn chế biến tiếp theo

Làm mềm cấu trúc tế bào nguyên liệu

Ổn định các hoạt chất sinh học cần thu nhận sau quá trình trích ly

Nhược điểm

Nhiệt độ cao trong quá trình chần sẽ thúc đẩy một số phản ứng hóa học trong nguyên liệu xảy ra nhanh hơn Một số cấu tử từ nguyên liệu vào dung dịch chần làm tổn thất các chất có giá trị trong nguyên liệu cần thu nhận

2.6.3 Phương pháp lạnh đông

Cơ sở khoa học [41]

Lạnh đông là quá trình bảo quản thực phẩm bằng cách giảm nhiệt độ của sản phẩm xuống thấp hơn nhiệt độ mà tại đó, nước có trong sản phẩm sẽ kết tinh Khi giảm nhiệt độ của sản phẩm từ -10℃ đến -20℃, những phản ứng ảnh hưởng xấu đến chất lượng sản phẩm sẽ bị đình chỉ hoặc diễn ra ở cường độ rất thấp, hầu như tất cả vi sinh

Lựa chọn thông số lạnh đông[41]

- Nhiệt độ lạnh đông: người ta tính rằng cứ giảm 10℃ thì tốc độ phản ứng hoá sinh giảm xuống còn từ 1/2 đến 1/3 và đại bộ phận vi sinh vật đều ngừng hoạt động trong khoảng - 3℃ đến -10℃, các loại nấm mốc chịu đựng lạnh tốt hơn khoảng -15℃và độ ẩm ít nhất 15%, tuy nhiên cần hạ nhiệt độ xuống -18℃ thì nước trong thực phẩm mới có độ ẩm ở mức 14%, vì vậy nhiệt độ bảo quản tốt nhất từ -18℃ trở xuống mới làm cho hầu hết vi sinh vật và nấm mốc ngừng hoạt động hoàn toàn

- Thời gian lạnh đông: tùy theo từng loại nguyên liệu, tuy nhiên quá trình lạnh đông chậm (> 10 giờ) giúp nước trong tế bào chảy ra ngoài gian bào, bồi đắp làm tinh thể đá ở gian bào lớn dần lên mà không tạo ra tinh thể đá mới, do đó tinh thể đá to, có thể chèn ép làm rách màng tế bào, làm cấu tạo mô cơ bị biến dạng, ảnh hưởng nhiều đến chất lượng sản phẩm

Ưu điểm

Giúp bất hoạt enzyme, ngưng các quá trình sinh hóa trong nguyên liệu, làm giảm thể tích nước trong nguyên liệu; giúp kéo dài thời gian bảo quản nguyên liệu; thay đổi cấu trúc nguyên liệu giúp chất tan khuếch tán vào dung môi nhiều hơn, giúp quá trình trích ly hiệu quả

- Nước chứa trong hỗn hợp được hâm nóng bằng các sóng cực ngắn

- Nước nóng sẽ truyền nhiệt cho các phần khác còn lại trong hỗn hợp để làm nóng hoàn toàn

- Thời gian tác động vi sóng: 30 giây đến 240 giây - Công suất vi sóng: 100 đến 800W

2.7 Quá trình trích ly

2.7.1 Cơ sở khoa học

Trích ly là quá trình hòa tan chọn lọc một hay nhiều cấu tử có trong mẫu nguyên liệu bằng cách cho nguyên liệu tiếp xúc với dung môi Động lực của quá trình trích ly là sự chênh lệch nồng độ của cấu tử bên trong nguyên liệu và ở trong dung môi Đây là một quá trình truyền khối từ pha rắn sang pha lỏng thường xảy ra đối với ngành thực phẩm [40]

Dung môi phải trơ với các cấu tử có trong dịch trích

Dung môi không gây hiện tượng ăn mòn thiết bị, khó cháy và không độc đối với người sử dụng

Dung môi có giá thành thấp, dễ tìm; các nhà sản xuất có thể thu hồi dung môi sau quá trình trích ly để tái sử dụng Những dung môi phổ biến hiện nay trong công nghiệp thực phẩm bao gồm nước, một số loại dung môi hữu cơ và CO2 ở trạng thái siêu tới hạn

Nước là dung môi phổ biến nhất trong công nghiệp thực phẩm Nước được sử dụng để trích ly saccharose trong công nghệ sản xuất đường từ củ cải đường, trích ly các chất chiết từ trà và cà phê trong công nghệ sản xuất trà và cà phê hòa tan, trích ly các chất chiết từ thảo mộc trong công nghệ sản xuất thức uống không cồn

Các dung môi hữu cơ được sử dụng để trích ly chất béo từ thực vật trong công nghệ sản xuất dầu béo như hexane, heptane hoặc cyclohexane để tách chất béo từ đậu nành, dậu phộng, hạt bông, hạt hướng dương, hạt lanh Nhiệt độ sôi của ba dung môi nói trên lần lượt là 63,5-69,0℃; 90-99℃ và 71-85℃ Nhược điểm đáng lưu ý là cả ba dung môi trên là đều dễ gây cháy Bên cạnh đó, sử dụng carbon disulphide để trích ly chất béo từ oliu, acetone hoặc ethylether để tách chất béo từ gan cá và một số phụ phẩm trong ngành công nghiệp chế biến thịt, sử dụng ethanol để trích ly các chất mùi và chất màu từ nguyên liệu rau trái và thảo mộc trong sản xuất rượu mùi Riêng trichloroethylene (nhiệt độ sôi 86,5℃) là một dung môi không gây cháy nhưng rất độc, ít được sử dụng trong công nghiệp thực phẩm vì rất độc [44]

2.7.2 Các yếu tố ảnh hưởng khi trích ly bằng dung môi

Hàm mục tiêu của quá trình trích ly là hiệu suất thu hồỉ cấu tử cần chiết tách Đó là tỷ lệ giữa hàm lượng cấu tử trong dung dịch trích so với hàm lượng của nó trong nguyên liệu đem trích ly Giá trị hiệu suất thu hồi cấu tử càng cao thì việc thực hiện quá trình trích ly sẽ đạt hiệu quả kinh tê càng cao cần lưu ý là trong một số trường hợp, cấu tử cần thu nhận không phải là một chất mà là một hỗn hợp gồm nhiều hợp chất hóa học khác nhau có trong nguyên liệu đem trích ly Ví dụ như trong công nghệ sản xuất trà hòa tan, chúng ta cần thu nhận một hỗn hợp gồm nhiều thành phần khác nhau như đường, acid amin, TPC, vitamin, khoáng [44]

Kích thước của nguyên liệu

Kích thước nguyên liệu càng nhỏ thì điện tích bề mặt tiếp xúc giữa nguyên liệu và dung môi sẽ càng lớn Do đó, việc trích ly các cấu tử từ nguyên liệu vào dung môi sẽ trở nên dễ dàng hơn Tuy nhiên, nếu kích thước của nguyên liệu quá nhỏ thì chi phí cho quá trình nghiền xé nguyên liệu sẽ gia tăng Ngoài ra, việc phân riêng pha lỏng và pha rắn khi kết thúc quá trình trích ly sẽ trở nên khó khăn hơn Bằng phương pháp thực nghiệm, các nhà sản xuất cần xác định kích thước phù hợp ứng với từng loại nguyên liệu đem trích ly.[44]

Với cùng một lượng nguyên liệu, nếu tăng lượng dung môi sử dụng thì hiệu suất trích ly sẽ tăng theo Đó là do sự chênh lệch nồng độ của cấu tử cần trích ly trong nguyên liệu và trong dung môi sẽ càng lớn Tuy nhiên, nếu lượng dung môi sử dụng quá lớn thì sẽ làm loãng dịch trích Khi đó, các nhà sản xuất phải thực hiện quá trình cô đặc hoặc xử lý dịch trích bằng phương pháp khác để tách bớt dung môi Như vậy, chúng ta cần xác định tỷ lệ phù hợp giữa khối lượng nguyên liệu và dung môi Ví dụ như trong công nghệ sản xuất thức uống từ thảo mộc, tỷ lệ khối lượng giữa nguyên liệu và dung môi (nước) thường dao động trong khoảng 1/6 -1/10 [44]

Nhiệt độ trích ly

Khi tăng nhiệt độ trích ly, các cấu tử sẽ chuyển động nhanh hơn, do đó sự hòa tan và khuếch tán của cấu tử từ nguyên liệu vào dung môi sẽ được tăng cường Ngoài ra, khi nhiệt độ tăng, độ nhớt của dung môi sẽ giảm, dung môi dễ dàng xuyên qua lớp nguyên liệu và làm cho diện tích tiếp xúc bề mặt giữa nguyên liệu và dung môi sẽ càng lớn Tuy nhiên, việc tăng nhiệt độ trích ly sẽ làm tăng chi phí năng lượng cho quá trình, đồng thời có thể xảy ra một số phản ứng hóa học không mong muốn trong dịch trích và sự tổn thất các cấu tử hương sẽ gia tăng Do đó, cần chọn nhiệt độ trích ly tối uu tùy theo từng trường hợp cụ thể như trong công nghệ sản xuất, nhiệt độ trích ly saccharose từ củ cải đường, trong sản xuất đường thường dao động trong khoảng 55-85℃, đối với sản xuất trà hòa tan, quá trình trích ly được thực hiện ở 70-90℃ [44]

Thời gian trích ly

Khi tăng thời gian trích ly thì hiệu suất thu hồi chất chiết sẽ gia tăng Tuy nhiên, nếu thời gian trích ly quá dài thì hiệu suất thu hồi chất chiết sẽ không tăng thêm đáng kể Do đó, cần xác định thời gian tối ưu cho quá trình trích ly bằng phương pháp thực nghiệm [44]

Tốc độ của dòng dung môi chảy qua lớp nguyên liệu trong thiết bị trích ly

Nếu dòng dung môi được bơm với tốc độ cao vào thiết bị chứa nguyên liệu cần trích ly thì sẽ làm giầm đi kích thước lớp biên bao bọc xung quanh nguyên liệu chính là các cấu tử hòa tan Do đó, tốc độ trích ly các cấu tử từ nguyên liệu sẽ gia tăng Tùy thuộc vào hình dạng thiết bị, kích thước của lớp nguyên liệu trong thiết bị mà tốc độ dòng

dung môi bơm vào thiết bị sẽ được lựa chọn sao cho thời gian trích ly là ngắn nhất và hiệu suất hồi chất chiết là cao nhất [44]

Áp suất

Trong phương pháp trích ly bằng lưu chất siêu tới hạn, áp suất và nhiệt độ là hai yếu tố ảnh hưởng quyết định đến hiệu suất thu hồi chất chiết Thông thường, khi tăng áp suất và nhiệt độ thì quá trình trích ly diễn ra càng nhanh và hiệu suất trích ly sẽ tăng theo Tuy nhiên, việc tăng áp suất sẽ làm tăng chi phí vận hành và giá thành thiết bị cũng tăng cao.[44]

2.7.3 Một số biến đổi của nguyên liệu trong quá trình trích ly Hóa lý

Biến đổi hóa lý là nhóm biến đổi quan trọng nhất trong quá trình trích ly, là sự hòa tan của các cấu tử từ nguyên liệu (pha rắn) vào dung môi (pha lỏng) Cần lưu ý là tùy theo tính chọn lọc của dung môi mà thành phần và hàm lượng các cấu tử hòa tan thu được trong dịch trích sẽ thay đổi Thông thường, cùng với các cấu tử cần thu nhận, dịch trích còn chứa một số cấu tử hòa tan khác Các nhà sản xuất cần phải loại bỏ các tạp chất hòa tan và không tan ra khỏi dịch trích ở các công đoạn xử lý tiếp theo trong quy trình sản xuất Trong quá trình trích ly có thể xảy ra những biến đổi về pha khác như sự bay hơi, sự kết tủa

Vật lý

Sự khuếch tán là biến đổi vật lý quan trọng trong quá trình trích ly Các phân tử chất tan sẽ dịch chuyển từ tâm của nguyên liệu đến vùng bề mặt và dịch chuyển từ vùng bề mặt nguyên liệu vào dung môi Các phân tử dung môi sẽ khuếch tán từ vùng bên ngoài nguyên liệu vào bên trong cấu trúc các mao dẫn của nguyên liệu Sự khuếch tán sẽ giúp cho quá trình chiết rút các cấu tử cần trích ly từ nguyên liệu vào dung môi xảy ra nhanh và triệt để hơn Động lực của sự khuếch tán là do chênh lệch nồng độ.[44]

Hóa học

Trong quá trình trích ly, có thể xảy ra các phản ứng hóa học giữa các cấu tử trong nguyên liệu Tốc độ của các phản ứng hóa học sẽ gia tăng khi chúng ta thực hiện quá trình trích ly ở nhiệt độ cao làm cho dịch trích chứa nhiều tạp chất và gây khó khăn cho những quá trình tinh sạch tiếp theo [44]

Khi sử dụng dung môi là nước và thực hiện quá trình trích ly ở nhiệt độ phòng thì một số biến đổi hóa sinh và sinh học có thể xảy ra, tùy thuộc vào Phương pháp trích ly và các thông số công nghệ mà mức độ của các biến đổi sẽ thay đổi Các enzyme trong nguyên liệu sẽ xúc tác phản ứng chuyển hóa những cơ chất có nguồn gốc từ nguyên liệu Hệ vi sinh vật trong nguyên liệu sẽ phát triển [44] Do đó, cần lựa chọn phương pháp thực hiện và những thông số công nghệ phù hợp để tăng cường các biến đổi có lợi và hạn chế các biến đổi có hại xảy ra làm ảnh hưởng đến hiệu suất và chất lượng của sản phẩm

2.7.4 Các phương pháp trích ly

Trích ly một bậc: có thể làm gián đoạn hoặc liên tục, đây là phương pháp trích

ly đơn giản nhất, tuy nhiên nó có nhược điểm là tiêu tốn nhiều dung môi nhưng thu được cấu tử cần tách có độ tinh khiết thấp

Trích ly nhiều bậc chéo dòng: là phương pháp lạp lại nhiều lần quá trình trích

ly một bậc, lượng dịch trích thu được ở mỗi bậc chứa lượng cấu tử cần tách giảm dần Lượng dung môi tiêu tốn trong phương pháp này bằng tổng dung môi tiêu tốn cho mỗi bậc Ưu điểm của phương pháp này là thu được triệt để cấu tử cần tách, nhưng nhược điểm của nó là tốn nhiều dung môi và nồng độ cấu tử thấp

Trích ly nhiều bậc ngược chiều: đây là phương pháp được ứng dụng nhiều nhất

trong công nghiệp, đây là quá trình trích ly liên tục Quá trình trích ly được tiến hành trong một hệ thống nhiều thùng nối tiếp có khuấy trộn hoặc trong một tháp (tháp đĩa, tháp đệm…)

2.8 Tình hình nghiên cứu

2.8.1 Nghiên cứu trên thế giới

Nghiên cứu của Chan và cộng sự, 2012, về nghiên cứu đặc tính chống oxy hóa của các loại thảo mộc với tác dụng tăng cường của phương pháp xử lý sấy khô: có 3 loài thảo mộc được thực hiện sấy khô bằng lò, sấy trong lò vi sóng và đông lạnh với các độ trưởng thành khác nhau của lá Kết quả cho thấy hàm lượng TPC, khả năng kháng oxy

hóa của lá M Alba tăng lên đáng kể khi sấy bằng lò vi sóng so với lá tươi, trong khi đó khi đông khô lá E elatior giúp tăng lượng TPC lên 26%; tăng hợp chất chống oxy hóa