BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI Nguyễn Thị Hiền NGHIÊN CỨU THU NHẬN MỘT SỐ NHÓM HỢP CHẤT CÓ HOẠT TÍNH TỪ VỎ QUẢ MĂNG CỤT GARCINIA MANGOSTANA LINN VÀ ĐỊNH HƯỚNG ỨNG
Trang 1BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI
Nguyễn Thị Hiền
NGHIÊN CỨU THU NHẬN MỘT SỐ NHÓM HỢP CHẤT CÓ HOẠT TÍNH
TỪ VỎ QUẢ MĂNG CỤT (GARCINIA MANGOSTANA LINN)
VÀ ĐỊNH HƯỚNG ỨNG DỤNG TRONG CÔNG NGHIỆP THỰC PHẨM
LUẬN ÁN TIẾN SĨ CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM
Hà Nội – 2022
Trang 2BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI
NGUYỄN THỊ HIỀN
NGHIÊN CỨU THU NHẬN MỘT SỐ NHÓM HỢP CHẤT CÓ HOẠT TÍNH
TỪ VỎ QUẢ MĂNG CỤT (GARCINIA MANGOSTANA LINN)
VÀ ĐỊNH HƯỚNG ỨNG DỤNG TRONG CÔNG NGHIỆP THỰC PHẨM
Ngành: Công nghệ thực phẩm Mã số: 9540101
LUẬN ÁN TIẾN SĨ CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM
NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC:
1 PGS TS NGUYỄN THỊ MINH TÚ 2 GS TS HOÀNG ĐÌNH HOÀ
Hà Nội - 2022
Trang 3LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi dưới sự hướng dẫn của
PGS.TS Nguyễn Thị Minh Tú và GS.TS Hoàng Đình Hoà Các số liệu, kết quả nêu
trong luận án này là trung thực và chưa từng được tác giả khác công bố
PGS.TS Nguyễn Thị Minh Tú GS.TS Hoàng Đình Hoà Nguyễn Thị Hiền
Trang 4LỜI CẢM ƠN
Tôi xin trân trọng gửi lời cảm ơn sâu sắc tới:
PGS.TS Nguyễn Thị Minh Tú và GS.TS Hoàng Đình Hoà- Viện Công nghệ sinh học và Công nghệ thực phẩm- Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội, những thầy cô kính yêu đã tận tình hướng dẫn, động viên, truyền động lực cho tôi trong suốt quá trình thực hiện luận án
PGS TS Phạm Thu Thuỷ, PGS.TS Nguyễn Thị Xuân Sâm và PGS.TS Lê Thanh Mai – Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội, các cô giáo kính yêu đã tận tình hướng dẫn và giúp đỡ em hoàn thành các chuyên đề tiến sĩ
GS.TS Thái Hoàng, TS Nguyễn Thuý Chinh- Viện Kỹ thuật nhiệt đới, PGS.TS Nguyễn Tiến Đạt -Trung tâm Nghiên cứu và chuyển giao công nghệ, Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam, GS.TS Trần Đình Thắng- Viện Công nghệ Sinh học và Công nghệ Thực phẩm, Trường Đại học Công nghiệp TP.HCM, PGS.TS Trần Thu Hương- Viện Hoá học, Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội và TS Nguyễn Tân Thành- Viện Công nghệ hoá, sinh và môi trường, Trường Đại học Vinh là những nhà giáo, nhà khoa học đáng kính đã tạo điều kiện và giúp đỡ tôi trong quá trình làm thực nghiệm
Ban Giám hiệu, các thầy cô, cán bộ Phòng Đào tạo -Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội, tập thể thầy cô giáo Viện Công nghệ Sinh học và Công nghệ Thực phẩm- Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội đã luôn tạo mọi điều kiện thuận lợi, hướng dẫn và giúp đỡ tôi hoàn thành luận án
Ban Giám hiệu, lãnh đạo Khoa Công nghệ thực phẩm cùng các anh, chị, em đồng nghiệp- Trường Đại học Kinh tế - Kỹ thuật Công nghiệp đã bố trí thời gian, hỗ trợ kinh phí và tạo mọi điều kiện thuận lợi nhất để tôi hoàn thành luận án của mình
Những người bạn và các học viên thuộc bộ môn Quản lý chất lượng- Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội đã luôn động viên, khích lệ tinh thần và giúp đỡ tôi trong suốt quá trình thực hiện luận án
Xin được bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới chồng tôi, người bạn đồng hành cùng chia sẻ, động viên và truyền lửa cho tôi vượt qua mọi khó khăn vất vả trong suốt quá trình nghiên cứu và hoàn thành luận án
Cuối cùng con xin cảm ơn bố mẹ hai bên và đại gia đình thân yêu, những người đã luôn ở bên cạnh hỗ trợ, động viên và tạo niềm tin để con vượt qua những khó khăn vất vả, hoàn thành luận án
Trang 5Chương 1 TỔNG QUAN TÀI LIỆU 6
1.1 Tổng quan về cây măng cụt 6
1.1.1 Giới thiệu chung về cây măng cụt 6
1.1.2 Quả măng cụt 7
1.1.3 Vỏ quả măng cụt 8
1.2 Một số phương pháp thu nhận các hợp chất có hoạt tính từ vỏ quả măng cụt 10
1.2.1 Phương pháp trích ly bằng dung môi hữu cơ 11
1.2.2 Phương pháp trích ly có hỗ trợ siêu âm 12
1.5 Giới thiệu về tổ hợp kích thước nano từ các polyme tự nhiên 23
Chương 2 NGUYÊN VẬT LIỆU, NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 26
2.1 Nguyên vật liệu nghiên cứu 26
2.1.1 Nguyên liệu 26
2.1.2 Hoá chất và thiết bị 27
2.2 Nội dung nghiên cứu 29
2.3 Bố trí thí nghiệm- Phương pháp nghiên cứu 31
Trang 62.3.1 Nghiên cứu phân tích thành phần hoá học của vỏ quả măng cụt Việt Nam 31
2.3.2 Nghiên cứu thu nhận chiết xuất giàu các hợp chất có hoạt tính sinh học từ vỏ quả măng cụt Việt Nam 31
2.3.3 Nghiên cứu phân lập một số hoạt chất 36
2.3.4 Nghiên cứu chế tạo hạt nano tổ hợp carrageenan, chitosan và α-mangostin (CCG) bằng phương pháp gel hoá ion 38
2.3.5 Nghiên cứu sử dụng chiết xuất măng cụt trong sản xuất một số sản phẩm thực phẩm 40
2.4 Các phương pháp phân tích 43
2.4.1 Định lượng polyphenol theo TCVN 9745-1:2013 43
2.4.2 Định lượng tanin (polyphenol) bằng phương pháp Lowenthal 44
2.4.3 Xác định tổng hàm lượng chất tạo màu anthocyanin dạng monome bằng phương pháp pH vi sai 45
2.4.4 Phân tích hàm lượng cellulose theo TCVN 5103:1990 46
2.4.5 Phân tích hàm lượng tinh bột bằng phương pháp hoá học 46
2.4.6 Phân tích hàm lượng pectin bằng phương pháp kết tủa canxi pectat 47
2.4.7 Phân tích hàm lượng tro theo TCVN 9939:2013 48
2.4.8 Phương pháp thử hoạt tính chống oxy hóa bằng phương pháp bẫy các gốc tự do tạo bởi DPPH 49
2.4.9 Phương pháp thử hoạt tính kháng vi sinh vật 49
2.4.10 Phương pháp thử hoạt tính gây độc và ức chế sự tăng sinh tế bào dòng Vero 51 2.4.11 Phương pháp kiểm tra vi sinh vật hiếu khí tổng số theo TCVN 4885:2005 52
2.4.12 Các phương pháp nghiên cứu đặc trưng của hạt nano tổ hợp chitosan-α-mangostin (CCG) 53
carrageeenan-2.4.13 Đánh giá màu của giò bằng hệ thống Computer vision 59
2.4.14 Đánh giá màu của rượu bằng phương pháp đo quang 59
Chương 3 KẾT QUẢ VÀ BÀN LUẬN 61
3.1 Nghiên cứu phân tích thành phần hoá học của vỏ quả măng cụt 61
3.2 Nghiên cứu thu nhận chiết xuất giàu các hợp chất có hoạt tính sinh học từ vỏ quả măng cụt Việt Nam 63
3.2.1 Nghiên cứu thu nhận chiết xuất giàu hoạt chất bằng phương pháp trích ly với dung môi thông thường 63
3.2.2 Nghiên cứu thu nhận chiết xuất giàu hoạt chất bằng phương pháp trích ly có hỗ trợ xúc tác enzym 67
3.2.3 Nghiên cứu thu nhận chiết xuất giàu hoạt chất bằng phương pháp trích ly có hỗ trợ siêu âm 72
Trang 73.2.4 Nghiên cứu lựa chọn phương pháp thu nhận các hợp chất có hoạt tính sinh
học từ vỏ quả măng cụt Việt Nam 75
3.3 Phân lập một số hoạt chất từ vỏ quả măng cụt 77
3.3.1 Phân lập các hoạt chất từ vỏ quả măng cụt 77
3.3.2 Xác định cấu trúc của các chất tinh sạch phân lập được 79
3.4 Đánh giá hoạt tính sinh học của các chiết xuất măng cụt 88
3.4.1 Hoạt tính chống oxy hoá của các chiết xuất măng cụt 88
3.4.2 Hoạt tính kháng vi sinh vật kiểm định 89
3.4.3 Hoạt tính ức chế sự tăng sinh của tế bào dòng Vero 90
3.5 Nghiên cứu chế tạo hạt nano tổ hợp carrageenan-chitosan-α-mangostin 91
3.5.1 Đánh giá hiệu suất tải α-mangostin 92
3.5.2 Nghiên cứu cấu trúc hoá học của vật liệu và hạt tổ hợp carrageenan, chitosan và α-mangostin (CCG) 93
3.5.3 Sự phân bố kích thước của hạt tổ hợp carrageenan, chitosan và α-mangostin (CCG) 95
3.5.4 Hình thái cấu trúc của hạt tổ hợp carrageenan, chitosan và α-mangostin (CCG) 96
3.5.5 Đặc tính kỵ nước ưa nước của chiết xuất α-mangostin và các hạt tổ hợp carrageenan, chitosan và α-mangostin (CCG) 97
3.5.6 Nghiên cứu khả năng hoà tan và động học giải phóng α-mangostin từ của các hạt tổ hợp carrageenan, chitosan với α-mangostin (CCG) trong các dung dịch khác nhau 98
3.5.7 Nghiên cứu động học giải phóng α-mangostin từ các hạt tổ hợp CCG 103
3.5.8 Đánh giá hoạt tính của các hạt tổ hợp carrageenan, chitosan, α-mangostin (CCG) 107
3.6 Nghiên cứu sử dụng chiết xuất măng cụt trong sản xuất một số sản phẩm thực phẩm 110
3.6.1 Nghiên cứu ứng dụng chiết xuất măng cụt trong sản xuất giò 111
3.6.2 Nghiên cứu ứng dụng chiết xuất măng cụt trong sản xuất rượu vang nho đỏ và rượu màu 113
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 117
DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH ĐÃ CÔNG BỐ CỦA LUẬN ÁN 119
TÀI LIỆU THAM KHẢO 120
PHỤ LỤC 133
Phụ lục 1 Dữ liệu phổ xác định chất 1 (α -mangostin, GM1) 133
Phụ lục 2- Dữ liệu phổ của chất 2 (γ-mangostin, GM2) 138
Trang 8Phụ lục 3- Dữ liệu phổ của chất 3 (Garcinone D, GM3) 141
Phụ lục 4- Dữ liệu phổ của chất 4 (Garcinone C, GM6) 144
Phụ lục 5- Dữ liệu phổ của chất 5 (Mangostanol, GM7) 146
Phụ lục 12- Dữ liệu phổ của chất 6 (Banaxanthones A, GM9) 150
Phụ lục 7- Dữ liệu phổ của chất 7 (Chất mới Garcinoxanthone V, GM10) 152
Phụ lục 8- Dữ liệu phổ của chất 8 (8-Deoxygartanin, GM5a) 158
Phụ lục 9-Dữ liệu phổ của chất 9 (chất mới, deoxygartanin A, GM5b) 161
Phụ lục 10 Phổ hồng ngoại IR của chitosan, carrageenan, α-mangostin và các hạt tổ hợp CCG 167
Trang 9DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ TỪ VIẾT TẮT
13C- NMR Cacbon 13 Nuclear Magnetic
DEPT Distortionless Enhancement
by Polarization Transfer Phổ DEPT
DPPH
EAE Enzyme assisted extraction Trích ly có sự hỗ trợ của enzym
1H- NMR Proton Nuclear Magnetic
IC50 50% inhibitory concentration Nồng độ ức chế 50% MeTHF Methyltetrahydrofuran Methyltetrahydrofuran
MAE Microwave assisted extraction Trích ly hỗ trợ vi sóng
Trang 10MS Mass Spectrometry Khối phổ
Mass Spectrometry Sắc ký lỏng ghép nối khối phổ
TLC Thin Layer Chromatography Sắc ký lớp mỏng
UAE Ultrasonic assisted extraction Trích ly có hỗ trợ của sóng siêu âm
UV-Vis Ultraviolet–visible
SC (%) Scavenging capacity (%) Khả năng trung hoà gốc tự do (%)
Trang 11DANH MỤC CÁC BẢNG
Bảng 1.1 Một số hoạt chất phân lập từ vỏ quả măng cụt 9
Bảng 2.1 Danh mục các hoá chất sử dụng trong nghiên cứu 27
Bảng 2.2 Danh mục các thiết bị sử dụng trong nghiên cứu 28
Bảng 2.3 Tỷ lệ thành phần của các tổ hợp CCG và ký hiệu mẫu 39
Bảng 3.1 Kết quả phân tích một số thành phần hoá học của vỏ quả măng cụt khô thu hoạch tại các tỉnh khác nhau ở Việt Nam 61
Bảng 3.2 Đánh giá hiệu suất trích ly polyphenol tổng số và hoạt tính chống oxy hoá IC50 của các dịch trích ly thu được từ các phương pháp trích ly khác nhau 76
Bảng 3.3 Hoạt tính chống oxy hoá của một số chiết xuất từ vỏ quả măng cụt 89
Bảng 3.4 Hoạt tính kháng vi sinh vật kiểm định của một số chiết xuất thu được từ vỏ quả măng cụt 90
Bảng 3.5 Độc tính với tế nào dòng Vero của một số chiết xuất măng cụt 91
Bảng 3.6 Hiệu suất tải α-mangostin của các mẫu hạt tổ hợp 92
Bảng 3.7 Dao động hóa trị của một số liên kết trong phổ IR của các hạt CS, CAR, GCM1 và các hạt tổ hợp CCG 94
Bảng 3.8 Kích thước hạt trung bình của vi hạt CCG 96
Bảng 3.9 Hệ số hồi quy (R2) của các phương trình động học phản ánh giải phóng
α-mangostin từ các hạt tổ hợp CCG và chiết xuất α-mangostin (GCM1) trong các dung dịch pH khác nhau 105
Bảng 3.10 Hoạt tính chống oxy hóa của vi hạt GCM1 và CCG 107
Bảng 3.11 Hoạt tính kháng vi sinh vật kiểm định của hạt nano tổ hợp CCG và chiết xuất α-mangostin (GCM1) 108
Bảng 3.12 Độc tính tế bào vero của chiết xuất α-mangostin (GCM1) và các hạt nano tổ hợp carrageenan, chitosan và α-mangostin (CCG) 109
Bảng 3.13 Đánh giá tác động của các chiết xuất tới màu sắc của giò sau 12 giờ bảo quản lạnh dưới 10oC 112
Bảng 3.14 Tổng số vi sinh vật hiếu khí trên mẫu giò có bổ xung các chiết xuất măng cụt sau 120 giờ bảo quản lạnh ở nhiệt độ <10oC 112Bảng 3.15 Chỉ số màu sắc và hàm lượng polyphenol của các sản phẩm rượu bổ sung hạt nano tổ hợp CCG10 và chiết xuất α-mangostin sau 10 ngày bảo quản ở nhiệt độ phòng 113
Trang 12DANH MỤC CÁC HÌNH ẢNH, ĐỒ THỊ
Hình 1.1 Cây, hoa và quả măng cụt (Garcinia mangostana L.) 6
Hình 1.2 Công thức cấu tạo phân tử của α-mangostin 19
Hình 2.1 Quy trình chuẩn bị nguyên liệu nghiên cứu 26
Hình 2.2 Sơ đồ nghiên cứu 30
Hình 2.3 Sơ đồ nghiên cứu ảnh hưởng của một số yếu tố tới quá trình thu nhận chiết xuất giàu hoạt chất bằng phương pháp trích ly với dung môi thông thường 32
Hình 2.4 Sơ đồ nghiên cứu thu nhận chiết xuất giàu hoạt chất bằng phương pháp trích ly có hỗ trợ xúc tác enzym 33
Hình 2.5 Bố trí thí nghiệm nghiên cứu giải pháp công nghệ thu nhận chiết xuất giàu hoạt tính bằng phương pháp trích ly có hỗ trợ siêu âm 35
Hình 2.6 Quy trình tách và phân lập các hoạt chất từ vỏ quả măng cụt 36
Hình 2.7 Cấu trúc vật liệu tạo nên ma trận các hạt nano tổ hợp: CAR, CS và STPP 38
Hình 2.8 Quy trình điều chế hạt nano tổ hợp CCG 39
Hình 2.9 Quy trình thực nghiệm sản xuất giò bổ sung các chiết xuất của vỏ quả măng cụt 41
Hình 2.10 Quy trình sản xuất rượu vang nho bổ sung các chiết xuất của vỏ quả măng cụt 42Hình 2.11 Quy trình thực nghiệm sản xuất rượu màu bổ sung chiết xuất măng cụt 43
Hình 2.12 Thiết bị phân tích kích thước hạt Zetasizer SZ-100Z2 54
Hình 2.13 Thiết bị đo góc tiếp xúc Phoenix-150 55
Hình 2.14 Thiết bị quang phổ hồng ngoại Nicolet iS10 55
Hình 2.15 Thiết bị quang phổ hấp thụ tử ngoại- khả kiến UV-Vis 55
Hình 3.1 Ảnh hưởng của nồng độ dung môi tới hiệu suất trích ly các hợp chất polyphneol 63
Hình 3.2 Ảnh hưởng của tỷ lệ nguyên liệu/dung môi tới hiệu suất trích ly các hợp chất polyphneol 65
Hình 3.3 Ảnh hưởng của thời gian trích ly tới hiệu suất trích ly polyphenol tổng số từ vỏ quả măng cụt 65
Hình 3.4 Ảnh hưởng của nhiệt độ tới hiệu suất trích ly các hợp chất polyphneol từ vỏ quả măng cụt 66
Hình 3.5 Ảnh hưởng của lượng enzym tới hiệu suất trích ly các hợp chất polyphenol từ vỏ quả măng cụt bằng phương pháp EAE 68
Hình 3.6 Ảnh hưởng của pH tới hiệu suất trích ly polyphenol từ vỏ quả măng cụt 69
Hình 3.7 Ảnh hưởng của nhiệt độ xử lý enzym 70
Hình 3.8 Ảnh hưởng của thời gian xử lý nguyên liệu bằng enzym Pectinex Ultra SP-L 71
Hình 3.9 Ảnh hưởng của tần số siêu âm 73
Hình 3.10 Ảnh hưởng của tần số siêu âm 74
Hình 3.11 Ảnh hưởng của tần số siêu âm 74
Trang 13Hình 3.12 Quy trình thu nhận chiết xuất giàu hoạt chất từ vỏ quả măng cụt Việt Nam 77
Hình 3.13 Sơ đồ tách và phân lập một số hoạt chất từ vỏ quả măng cụt 78
Hình 3.14 Cấu trúc phân tử của hợp chất 1 (α-mangostin, GM1) 79
Hình 3.15 Cấu trúc phân tử của chất 2 (γ-mangostin, GM2) 80
Hình 3.17 Cấu trúc của hợp chất 5 (Mangostanol, GM7) 83
Hình 3.18 Cấu trúc của hợp chất 6 (Bannaxanthones A, GM9) 83
Hình 3.19 Cấu trúc của hợp chất 7 (Garcinoxanthone V, GM10) 85
Hình 3.20 Cấu trúc hợp chất 8 (8-Deoxygartanin, GM5a) 86
Hình 3.21 Cấu trúc của chất 9 (Deoxygartanin A, GM5b) 87
Hình 3.22 Phổ IR của CS, CAR, GCM1 và các mẫu hạt tổ hợp CCG 93
Hình 3.23 Mô phỏng liên kết chéo về mặt ion trong phức hợp polyelectrolyte chitosan- tripolyphosphate và chitosan – carrageenan trong hạt nano tổ hợp 95
Hình 3.24 Biểu đồ phân bố kích thước hạt của hạt tổ hơn carrageenan, chitosan và
Hình 3.27 Phổ UV-Vis của chiết xuất α-mangostin trong các dung dịch khác nhau 98
Hình 3.28 Đường chuẩn xác định nồng độ của α-mangostin trong các dung dịch khác nhau 99
Hình 3.29 Khả năng hòa tan của α-mangostin (GCM1) trong các dung dịch khác nhau 100Hình 3.30 Khả năng hòa tan của các hạt tổ hợp CCG trong các dung dịch khác nhau 101
Hình 3.31 Tỷ lệ α-mangostin được giải phóng từ các hạt tổ hợp CCG và GCM1 trong các dung dịch đệm/ethanol khác nhau 104
Hình 3.32 Hình ảnh lát cắt đo màu các mẫu giò 111
Hình 3.33 Quan sát màu sắc của các mẫu rượu vang nho đỏ Ninh Thuận và rượu trắng sau khi bổ sung các chiết xuất α-mangostin và hạt nano tổ hợp CCG10 114