nghiên cứu thu nhận và thử nghiệm khả năng hạn chế oxi hóa chất béo thịt cá bớp của polyphenol từ lá ổi

Những hợp chất này giảm giá trị dinh dưỡng và chất lượng cảm quan của thực phẩm như màu vàng hoặc nâu sẫm, mùi ôi khét, vị đắng….Vì vậy, sử dụng nguồn hợp chất chống oxy hóa tự nhiên từ

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC NHA TRANG

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC NHA TRANG

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC:

TS NGUYỄN ANH TUẤN

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi Các số liệu, kết quả nêu trong Luận văn là trung thực và chưa từng được ai công bố trong bất kì công trình nào khác

Tôi xin cam đoan rằng mọi sự giúp đỡ cho việc thực hiện Luận văn này đã được cảm ơn và các thông tin trích dẫn trong Luận văn này đã được ghi rõ nguồn gốc

Học viên

Hồ Bá Vương

LỜI CẢM ƠN

Tôi xin chân thành cảm ơn TS Nguyễn Anh Tuấn đã hết lòng giảng dạy và truyền đạt những kiến thức quý báu cho tôi trong suốt quá trình học tập và thực hiện đề tài này

Tôi xin chân thành cảm ơn quý thầy cô Khoa Công Nghệ Thực Phẩm và đặc biệt

là Bộ Môn Công Nghệ Sau Thu Hoạch đã tận tình truyền đạt kiến thức cho tôi trong suốt khóa học

Tôi xin chân thành cảm ơn Trung Tâm Thí Nghiệm Thực Hành, Trường Đại học Nha Trang và anh Nguyễn Xuân Duy, đã luôn giúp đỡ về chuyên môn và hỗ trợ về hóa chất và thiết bị thí nghiệm

Và cuối cùng, tôi gửi lời cảm ơn chân thành đến gia đình, bạn bè đã luôn động viên, tạo điều kiện và giúp đỡ tôi trong suốt quá trình thực hiện đề tài này

TP Nha Trang

Hồ Bá Vương

MỤC LỤC

LỜI CAM ĐOAN I LỜI CẢM ƠN II MỤC LỤC III DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT VII DANH MỤC HÌNH ẢNH VIII DANH MỤC CÁC BẢNG XI

MỞ ĐẦU 1

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 4

1.1 Cây ổi (Psidium guajava L.) 4

1.1.1 Phân loại và đặc điểm hình thái 4

1.1.2 Phân bố và đặc điểm sinh thái 5

1.1.3 Thành phần hóa học của lá ổi 5

1.1.4 Một số hợp chất có hoạt tính sinh học của lá ổi 6

1.1.5 Giá trị sử dụng của lá ổi 10

1.1.5.1 Các nghiên cứu dược học về lá ổi 10

1.1.5.2 Một số vị thuốc dân gian sử dụng ổi 12

1.2 Polyphenol 12

1.2.1 Định nghĩa và công thức cấu tạo 12

1.2.2 Cơ chế chống oxy hóa 13

1.3 Thu nhận và ứng dụng polyphenol 16

1.3.1 Bản chất và các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình chiết 16

1.3.1.1 Khái niệm 16

1.3.1.2 Bản chất của quá trình chiết 16

1.3.1.3 Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình chiết 20

1.3.2 Phương pháp chiết xuất 22

1.3.2.1 Phân loại 22

1.3.2.2 Một số phương pháp chiết xuất 23

1.3.3 Chức năng của các polyphenol 26

1.3.4 Ứng dụng của polyphenol 27

1.3.5 Một số nghiên cứu về polyphenol lá ổi 27

1.3.5.1 Nghiên cứu trong nước 27

1.3.5.2 Nghiên cứu ngoài nước 28

1.4 Quá trình oxy hóa chất béo 29

1.4.1 Phân loại 29

1.4.2 Phản ứng oxy hoá lipid có enzyme tham gia 29

1.4.3 Phản ứng oxy hóa lipid phi enzyme 30

1.4.4 Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình oxy hóa chất béo 30

1.4.4.1 Hàm lượng acid béo tự do 30

1.4.4.2 Thành phần acid béo 30

1.4.4.3 Nồng độ oxy 31

1.4.4.4 Diện tích bề mặt 31

1.4.4.5 Nhiệt độ 31

1.4.4.6 Độ ẩm 32

1.4.4.7 Ion kim loại chuyển tiếp 32

1.4.4.8 Ảnh hưởng của năng lượng mặt trời và tia ion 32

1.4.4.9 Ảnh hưởng của nước 32

1.4.5 Ảnh hưởng của quá trình oxy hóa chất béo đến chất lượng thực phẩm 33

1.5 Cá bớp và vấn đề oxy hóa chất béo thịt cá bớp 34

1.5.1 Cá bớp 34

1.5.2 Vấn đề oxy hóa chất béo thịt cá bớp 37

1.5.3 Hạn chế oxy hóa chất béo thịt cá bớp 38

CHƯƠNG 2: ĐỐI TƯỢNG, VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 40

2.1 Đối tượng và vật liệu nghiên cứu 40

2.1.1 Đối tượng nghiên cứu 40

2.1.2 Hóa chất 42

2.2 Phương pháp nghiên cứu 42

2.2.1 Bố trí thí nghiệm 43

2.2.1.1 Bố trí thí nghiệm tổng quát 43

2.2.1.2 Xác định thành phần hóa học cơ bản của đối tượng nghiên cứu 44

2.2.1.3 Chuẩn bị dịch chiết 44

2.2.1.4 Ảnh hưởng của giai đoạn trưởng thành đến sự tích lũy polyphenol trong lá ổi 45

2.2.1.5 Bố trí thí nghiệm xác định ảnh hưởng của trạng thái nguyên liệu đến hiệu quả chiết polyphenol 46

2.2.1.6 Thăm dò miền nhiệt độ chiết thích hợp 47

2.2.1.7 Thăm dò miền thời gian chiết thích hợp 48

2.2.1.8 Thăm dò miền tỉ lệ dung môi/nguyên liệu chiết thích hợp 49

2.2.1.9 Thăm dò miền nồng độ dung môi chiết thích hợp 50

2.2.1.10 Bố trí thí nghiệm tối ưu hóa điều kiện chiết 51

2.2.1.11 Bố trí thí nghiệm đánh giá hoạt tính chống oxy hóa của dịch chiết lá ổi 54

2.2.1.12 Bố trí thí nghiệm thử nghiệm khả năng hạn chế sự oxy hóa chất béo trên thịt cá Bớp 56

2.2.2 Phương pháp phân tích 57

2.2.2.1 Xác định thành phần hóa học cơ bản 57

2.2.2.2 Xác định hàm lượng polyphenol tổng số 57

2.2.2.3 Xác định hàm lượng flavonoid tổng số 58

2.2.2.4 Xác định hoạt tính chống oxy hóa dựa vào khả năng khử gốc tự do DPPH58 2.2.2.5 Xác định hoạt tính chống oxy hóa dựa vào tổng năng lực khử 59

2.2.2.6 Xác định hoạt tính chống oxy hóa trên mô hình oxy hóa acid linoleic 59

2.2.2.7 Xác định hàm lượng acid béo tự do (FFA) 59

2.2.2.8 Xác định chỉ số chuyển dịch nối đôi liên hợp (CD) 60

2.2.2.9 Xác định chỉ số peroxide (PV) 60

2.2.2.10 Xác định chỉ số TBARS 60

2.2.3 Phương pháp xử lý số liệu 61

CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN 62

3.1 Thành phần hóa học cơ bản của lá ổi 62

3.2 Thành phần hóa học cơ bản của thịt cá bớp 62

3.3 Ảnh hưởng của giai đoạn trưởng thành đến sự tích lũy polyphenol trong lá ổi 64

3.4 Ảnh hưởng của trạng thái nguyên liệu đến hiệu quả chiết polyphenol 65

3.5 Ảnh hưởng của nhiệt độ chiết đến hàm lượng polyphenol 65

3.6 Ảnh hưởng của thời gian chiết đến hàm lượng polyphenol 67

3.7 Ảnh hưởng của tỉ lệ dung môi chiết/nguyên liệu đến hàm lượng polyphenol 68

3.8 Ảnh hưởng của nồng độ dung môi chiết đến hàm lượng polyphenol 69

3.9 Tối ưu hóa điều kiện chiết polyphenol từ lá ổi 71

3.10 Đề xuất qui trình thu nhận dịch chiết giàu polyphenol từ lá ổi 81

3.11 Đánh giá hoạt tính chống oxy hóa của dịch chiết lá ổi 83

3.11.1 Hàm lượng polyphenol và flavonoid tổng số của dịch chiết lá ổi 83

3.11.2 Khả năng khử gốc tự do DPPH 83

3.11.3 Tổng năng lực khử 84

3.11.4 Khả năng ức chế sự oxy hóa chất béo trong mô hình oxy hóa acid linoleic 85

3.12 Thử nghiệm áp dụng dịch chiết lá ổi để hạn chế sự oxy hóa chất béo thịt cá bớp bảo quản lạnh 87

3.12.1 Sự thay đổi hàm lượng acid béo tự do (FFA) 87

3.12.2 Sự thay đổi chỉ số đánh giá mức độ thay đổi của nối đôi liên hợp (CD) 88

3.12.3 Sự thay đổi chỉ số peroxide (PV) 89

3.12.4 Sự thay đổi của chỉ số TBARS 90

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 92

KẾT LUẬN 92

KIẾN NGHỊ 93

TÀI LIỆU THAM KHẢO 94 PHỤ LỤC

CCD : Central Composite Design

CT : Mẫu đối chứng (Mẫu Control)

DHA : Docosahexaaenoic

DPPH : 1,1-diphenyl-2-picrylhydrazyl

EXT 250 : Mẫu thịt cá bớp xử lý với dịch chiết lá ổi 250 ppm EXT 500 : Mẫu thịt cá bớp xử lý với dịch chiết lá ổi 250 ppm EPA : Eicosapentaenoic

FFA : Free Fatty Acid

GAE : Gallic Acid Equivalent

HPLC : High Performance Liquid Chromatography

SFE : Super Critical Fluid Extraction

TCA : Acid Trichloracetic

TPC : Total Phenolic Compounds

DANH MỤC HÌNH ẢNH

Hình 1.1 Quả và lá ổi 4

Hình 1.2 Công thức cấu tạo của β-sitosterol 6

Hình 1.3 Công thức cấu tạo của quercetin 7

Hình 1.4 Công thức cấu tạo của catechin 7

Hình 1.5 Công thức cấu tạo của leucocyanidin 8

Hình 1.6 Công thức cấu tạo của avicuralin 8

Hình 1.7 Công thức cấu tạo của guajavarin 9

Hình 1.8 Công thức cấu tạo của acid gallic 9

Hình 1.9 Công thức cấu tạo của acid ferulic 10

Hình 1.10 Công thức cấu tạo của acid ellagic 10

Hình 1.11 Cấu trúc của vài hợp chất polyphenol trong tự nhiên 13

Hình 1.12 Vô hoạt các gốc tự do bởi flavonoid 14

Hình 1.13 Cơ chế tạo phức giữa các flavonoid và các ion kim loại 15

Hình 1.14 Các vùng cấu trúc đảm bảo khả năng chống oxy hóa của phenol 16

Hình 1.15 Hệ thống thiết bị chiết xuất bán liên tục 24

Hình 1.16 Sơ đồ ảnh hưởng của sự oxy hóa chất béo đến chất lượng thực phẩm 33

Hình 2.1 Vườn ổi được dùng để lấy lá về nghiên cứu 40

Hình 2.2 Cá bớp nuôi tại vùng biển Nha Trang 41

Hình 2.3 Sơ đồ bố trí thí nghiệm tổng quát 43

Hình 2.4 Sơ đồ bố trí xác định thành phần cơ bản của đối tượng nghiên cứu 44

Hình 2.5 Qui trình chuẩn bị dịch chiết 45

Hình 2.6 Đặc điểm hình thái của ở các giai đoạn trưởng thành khác nhau của lá ổi: Lá non (a), lá trưởng thành (b), và lá già (c) 45

Hình 2.7 Sơ đồ nghiên cứu ảnh hưởng của trạng thái nguyên liệu 46

Hình 2.8 Sơ đồ thí nghiệm thăm dò miền nhiệt độ chiết thích hợp 47

Hình 2.9 Sơ đồ thăm dò miền thời gian chiết thích hợp 48

Hình 2.10 Sơ đồ thăm dò miền tỉ lệ dung môi/nguyên liệu chiết thích hợp 49

Hình 2.11 Sơ đồ thí nghiệm thăm dò miền nồng độ dung môi chiết thích hợp 50

Hình 2.12 Sơ đồ bố trí thí nghiệm đánh giá hoạt tính chống oxy hóa của dịch chiết lá ổi 54

Hình 2.13: Sơ đồ bố trí thí nghiệm thử nghiệm khả năng hạn chế sự oxy hóa chất béo trên thịt cá bớp 56

Hình 3.1 Ảnh hưởng của giai đoạn trưởng thành đến sự tích lũy polyphenol trong lá ổi 64

Hình 3.2 Ảnh hưởng của trạng thái nguyên liệu đến hàm lượng polyphenol chiết được từ lá ổi 65

Hình 3.3 Ảnh hưởng của nhiệt độ chiết đến hàm lượng polyphenol 66

Hình 3.4 Ảnh hưởng của thời gian chiết đến hàm lượng polyphenol 68

Hình 3.5 Ảnh hưởng của tỉ lệ dung môi/nguyên liệu đến hàm lượng polyphenol 69

Hình 3.6 Ảnh hưởng của nồng độ ethanol đến hàm lượng polyphenol 70

Hình 3.7 Biểu đồ Pareto về ảnh hưởng của các biến độc lập (X1, X2, X3 và X4) đến hàm mục tiêu (hàm lượng polyphenol tổng) 72

Hình 3.8 Ảnh hưởng của nhiệt độ (X1) và thời gian (X2) chiết đến hàm lượng polyphenol (TPC) 73

Hình 3.9 Ảnh hưởng của nhiệt độ (X1) và tỉ lệ dung môi chiết/nguyên liệu (X3) đến hàm lượng polyphenol 74

Hình 3.10 Ảnh hưởng của nhiệt độ (X1) và nồng độ ethanol (X4) đến hàm lượng polyphenol 75

Hình 3.11 Ảnh hưởng của thời gian và tỉ lệ dung môi chiết/nguyên liệu đến hàm lượng polyphenol 76

Hình 3.12 Ảnh hưởng của thời gian và nồng độ ethanol đến hàm lượng polyphenol 77

Hình 3.13 Ảnh hưởng của tỉ lệ dung môi chiết/nguyên liệu và nồng độ ethanol đến hàm lượng polyphenol 78

Hình 3.14 Sơ đồ qui trình công nghệ chiết polyphenol từ lá ổi 82

Hình 3.15 Khả năng khử gốc tự do DPPH của dịch chiết lá ổi so với Vitamin C và Trolox 84

Hình 3.16 Tổng năng lực khử của dịch chiết lá ổi so với Vitamin C và Trolox 85 Hình 3.17 Khả năng ức chế sự oxy hóa lipid của dịch chiết lá ổi trong mô hình oxy hóa linoleic trong sự so sánh với Vitamin C và BHA 86 Hình 3.18 Sự thay đổi hàm lượng acid béo tự do trong thịt cá bớp bảo quản lạnh 88 Hình 3.19 Sự thay đổi chỉ số đánh giá mức độ thay đổi của nối đôi liên hợp (CD) 89 Hình 3.20 Sự thay đổi chỉ số peroxide (PV) của thịt cá bớp trong thời gian bảo quản lạnh 90 Hình 3.21 Sự thay đổi chỉ số TBARS của thịt cá bớp trong thời gian bảo quản lạnh 91

DANH MỤC CÁC BẢNG

Bảng 1.1: Ví dụ về một số thành phần hoạt tính sinh học được chiết bởi các dung môi

khác nhau 21

Bảng 2.1 Ma trận bố trí thí nghiệm mã hóa các biến độc lập 52

Bảng 2.2 Ma trận bố trí các thí nghiệm đầy đủ 53

Bảng 3.1 Thành phần hóa học cơ bản của lá ổi tươi 62

Bảng 3.2 Thành phần hóa học cơ bản của thịt cá bớp nuôi (Rachycentron canadum) 63 Bảng 3.3 Kết quả bố trí thí nghiệm đầy đủ theo qui hoạch trực tâm quay (CCD) 71

Bảng 3.4 Bảng phân tích ANOVA về ảnh hưởng của các biến độc lập (X1, X2, X3và X4) đến hàm mục tiêu (hàm lượng polyphenol) 79

Bảng 3.5 Bảng hệ số của mô hình hồi qui 80

Bảng 3.6 Kiểm chứng sự phù hợp giữa mô hình hồi qui với số liệu thực nghiệm 81

1 ĐẶT VẤN ĐỀ

Ổi, tên khoa học là Psidium guajava L., thuộc họ sim Myrtaceae, còn gọi bằng

nhiều tên khác như phan thạch lựu, thu quả, phan nhẫm, bạt tử,…Cây ổi là loài cây ăn quả có nguồn gốc từ Brazil (Châu Mỹ), được trồng phổ biến ở các vùng nhiệt đới và cận nhiệt đới, trong đó có Việt Nam [8]

Những nghiên cứu trên thế giới cho thấy tác dụng đa dạng của các dịch chiết từ các bộ phận của cây ổi trong việc chữa bệnh đường ruột, bệnh ung thư, bệnh chảy máu

dạ dày, các bệnh do gốc tự do và cholesterol gây ra [7, 24, 29]…Ngoài ra lá ổi còn dùng để chống bệnh ho và kháng khuẩn [49] Lá ổi đã được một số tác giả trên thế giới nghiên cứu về hàm lượng polyphenol và tác dụng chống oxy hóa của chúng đã chứng minh rất rõ là có hàm lượng polyphenol và khả năng chống oxy hóa cao [23, 24] Gần đây, polyphenol từ lá ổi đã được báo cáo là có tác dụng ức chế mạnh enzyme alpha-

glucosidase, theo đó có chức năng phòng và hỗ trợ bệnh đáo tháo đường [13]

Trong những năm gần đây, polyphenol có nguồn gốc tự nhiên thu hút sự quan tâm lớn của các nhà khoa học, người tiêu dùng và các nhà sản xuất thực phẩm vì các tính chất sinh học quan trọng: Chống oxy hóa, kháng khuẩn, kháng viêm và chống ung thư Nhiều nghiên cứu được thực hiện nhằm xác định, khai thác và ứng dụng các nguồn polyphenol tự nhiên Polyphenol có nhiều trong thực vật như rau, quả, hoa Polyphenol tạo màu sắc đặc trưng cho thực vật (anthocyanin) [16] Ngoài ra polyphenol còn bảo vệ thực vật khỏi vi sinh vật hại, sự oxy hóa và tác hại của tia cực tím Về y học, polyphenol là một trong những hoạt chất tự nhiên có nhiều tác dụng như chất chống oxy hóa, kháng viêm, kháng khuẩn, chống dị ứng và chống lão hóa cho con người [35]

Trong công nghiệp chế biến và bảo quản thực phẩm, các chất chống oxy hóa được sử dụng rộng rãi để kéo dài thời gian bảo quản thực phẩm Các chất chống oxy hóa tổng hợp hay được sử dụng như BHA (butylhidroxianizol), BHT (butylhidroxitoluen)…là các chất bay hơi và dễ phân hủy ở nhiệt độ cao Trong khi đó, thị hiếu của người tiêu dùng là mua những loại thực phẩm không chứa các hợp chất tổng hợp Hiện nay các nhà khoa học đang tập trung nghiên cứu nguồn hợp chất chống oxy hóa tự nhiên để thay thế các hợp chất tổng hợp Một số thực vật được sử dụng theo

Lipid là một trong những thành phần quan trọng của thực phẩm, tuy nhiên trong quá trình chế biến và bảo quản, lipid dễ bị phân hủy do các phản ứng oxy hóa Peroxide, các sản phẩm bậc I của quá trình tự oxy hóa, bị phân hủy thành các sản phẩm bậc II như aldehyde, cetone, các acid hữu cơ mạch ngắn,…[15] Những hợp chất này giảm giá trị dinh dưỡng và chất lượng cảm quan của thực phẩm như màu vàng hoặc nâu sẫm, mùi ôi khét, vị đắng….Vì vậy, sử dụng nguồn hợp chất chống oxy hóa tự nhiên từ

lá ổi để ứng dụng trong chế biến và bảo quản thực phẩm là một đề tài nghiên cứu khoa học mang tính thiết thực

Xuất phát từ những vấn đề thực tế trên chúng tôi tiến hành thực hiện đề tài

“Nghiên cứu thu nhận và thử nghiệm khả năng hạn chế oxy hóa chất béo thịt cá

bớp của polyphenol từ lá ổi”

2 MỤC TIÊU CỦA ĐỀ TÀI

(1) Xây dựng được qui trình thích hợp thu nhận polyphenol từ lá ổi;

(2) Thử nghiệm khả năng ứng dụng polyphenol lá ổi vào bảo quản thịt cá bớp thông qua khả năng chống oxy hóa lipid

3 NỘI DUNG NGHIÊN CỨU

(1) Xác định thành phần hóa học cơ bản của đối tượng nghiên cứu;

(2) Nghiên cứu ảnh hưởng của các yếu tố đến quá trình chiết và tối ưu hóa điều kiện chiết polyphenol từ lá ổi;

(3) Xây dựng qui trình chiết polyphenol từ lá ổi;

(4) Đánh giá hoạt tính chống oxy hóa của dịch chiết lá ổi;

(5) Thử nghiệm khả năng hạn chế oxy hóa lipid thịt cá bớp bằng dịch chiết

lá ổi

4 Ý NGHĨA KHOA HỌC CỦA ĐỀ TÀI

Kết quả nghiên cứu của đề tài là dữ liệu khoa học có giá trị tham khảo cho các nhà khoa học và sản xuất, giảng viên và sinh viên ngành Công nghệ thực phẩm – thủy sản quan tâm đến polyphenol từ lá ổi và ứng dụng Đồng thời cũng góp phần để phát

triển công nghệ bảo quản thủy sản và hạn chế tổn thất thực phẩm sau thu hoạch trong ngành chế biến thủy sản

5 Ý NGHĨA THỰC TIỄN CỦA ĐỀ TÀI

Góp phần gia tăng hiệu quả kinh tế cho người dân trồng ổi với khả năng tận dụng phụ phẩm từ cây ổi hoặc mở ra mô hình trồng ổi lấy lá cung cấp nguyên liệu cho nhà máy sản xuất polyphenol từ lá ổi

Ứng dụng polyphenol từ lá ổi vào bảo quản thịt cá bớp để ngăn ngừa sự oxy hóa lipid và góp phần nâng cao chất lượng sản phẩm thịt cá bớp, đáp ứng nhu cầu của người tiêu dùng và thỏa mãn mong muốn của doanh nghiệp sản xuất sản phẩm thịt cá bớp

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN

1.1 Cây ổi (Psidium guajava L.)

1.1.1 Phân loại và đặc điểm hình thái

Cây ổi có tên khoa học là Psidium guajava L., thuộc họ Myrtaceae Cây ổi còn

được gọi với những cái tên khác như cây phan thạch lựu, thu quả, kê thi quả, phan nhẫm, bạt tử, lãm bạt, phan quỷ tử

Ổi thuộc loại cây trung bình, cao 5-10m Thân có vỏ nhẵn, khi già bong từng mảng màu đỏ Cành khi non hình vuông có nhiều lông mềm, khi già hình trụ và lá nhẵn Lá mọc đối, hình trái xoan hay thuôn dài chừng 15cm, rộng 3-6cm, phía gốc có thể tù hay hơi tròn, gân lá nổi rõ ở mặt dưới và phủ một lớp lông mịn Cuống lá ngắn từ

3-5mm Hoa màu trắng, đường kính chừng 2,5cm, có nhiều nhị, có thể mọc đơn độc hay tụ 2-3 hoa thành cụm ở nách lá Hoa nở vào đầu mùa hè Quả mọng, hình cầu hay hình quả lê, dài khoảng 10cm, chứa nhiều hạt nhỏ Đài hoa còn tồn tại trên quả Cây bắt đầu cho quả sau 2 năm tuổi [7]

1.1.2 Phân bố và đặc điểm sinh thái

Cây ổi có nguồn gốc miền nhiệt đới châu Mỹ Chính những người Tây Ban Nha

đã đưa cây đến các đảo ở Thái Bình Dương và Philippines, còn người Bồ Bào Nha du nhập cây vào Ấn Độ sau đó phát triển rộng ra khắp các vùng nhiệt đới khác Bên cạnh quần thể trồng trọt rất phong phú còn có quần thể ổi mọc hoang dại khá đa dạng ở các nước nhiệt đới châu Á, châu Mỹ [9]

Ở Việt Nam, ổi là cây ăn quả được trồng hầu như khắp các địa phương cả vùng đồng bằng lẫn miền núi, trừ vùng cao trên 1500m Quần thể ổi trồng có khoảng 7-10 giống khác nhau Quần thể ổi mọc hoang dại có hoa quả nhiều nhưng chất lượng quả kém nên ít được chú ý

Ổi là cây ưa sáng, sinh trưởng phát triển tốt trong một giới hạn rộng của vùng khí hậu nhiệt đới và cận nhiệt đới Ổi ra hoa quả nhiều hàng năm, trồng bằng hạt và có quả sai

1.1.3 Thành phần hóa học của lá ổi

Theo nghiên cứu của Trần Việt Hưng (2006) thì lá ổi chứa: Tanin (7-10%) gồm gallotanins, acid ellagic và các chất chuyển hóa Tinh dầu (0,31%) trong đó có aromadendrene, β-bisabolene, caryophyllene, nerolidiol, selinene, limonene, các alcol thơm…Các acid hữu cơ gồm acid mastinic, acid aleanolic, acid oxalic, acid guaijavolic, acid guajanoic, acid crategolic, acid psidiolic, acid ursolic Sterols có beta-sitosterol Flavonoid gồm quercetin, leucocianidin, avicularin, guajaverin

Một nghiên cứu có từ rất lâu ở nước ngoài đã phân tích được thành phần polyphenol từ lá ổi gồm: Quercetin, guaijavarin, leucocyanidin và amritoside [46]

Kết quả nghiên cứu gần đây của chỉ ra rằng, thành phần phenolic chính trong dịch chiết lá ổi được phân tích bằng phương pháp HPLC (High performance liquid chromatography) bao gồm: Acid gallic, catechin, morin, quercetin Hàm lượng của các

phenolic này phụ thuộc vào độ tuổi của lá và dung môi tách chiết [40] Trong khi đó, với cùng phương pháp này, Hui-Yin Chen và Gow-Chin Yen (2007) báo cáo rằng thành phần phenolic chính trong dịch chiết lá ổi là acid gallic và acid ferulic, chính hai thành phần này đem lại hoạt tính chống oxy hóa cao cho lá ổi

Tinh dầu lá ổi cũng chứa nhiều hoạt tính sinh học, Trần Thanh Lương và công sự (2007) đã xác định được thành phần chính của tinh dầu lá ổi là β-caryophyllene và α-caryophyllene Tinh dầu thiết yếu của lá ổi đã cho thấy hoạt tính kháng khuẩn và kháng nấm của chúng trong nghiên cứu này

1.1.4 Một số hợp chất có hoạt tính sinh học của lá ổi

Theo Trần Việt Hưng (2006) thì thành phần hoạt tính sinh học gồm có sitosterol, các flavonoids như quercetin, leucocianidin, avicularin, guajavarin Thành phần phenolic là thành phần chính mang lại hoạt tính chống oxy hóa cao cho lá ổi Theo Witayapan Nantitanon và cộng sự (2010) thì thành phần phenolic của lá ổi đã phân tích sắc ký được gồm: Acid gallic, acid ellagic, catechin, morin, quercetin Trong khi đó, Hui-Yin Chen và Gow-Chin Yen (2007) báo cáo rằng thành phần phenolic chính trong dịch chiết lá ổi là acid gallic và acid ferulic

β-1.1.4.1 β-sitosterol

Công thức phân tử: C29H50O

Khối lượng phân tử: 414,71 g/mol

Công thức cấu tạo:

Hình 1.2 Công thức cấu tạo của β-sitosterol

Trạng thái vật lý: Là chất bột màu trắng, chất sáp có mùi đặc trưng

Nhiệt độ nóng chảy: 136-140oC

Khả năng hòa tan: Thuộc nhóm kỵ nước, tan tốt trong rượu

1.4.1.2 Các flavonoid

a Quercetin

Công thức phân tử: C15H10O7

Khối lượng phân tử: 302,236 g/mol

Công thức cấu tạo:

Hình 1.3 Công thức cấu tạo của quercetin

Trạng thái vật lí: Bột tinh thể màu vàng Nhiệt độ nóng chảy: 3160C

Khả năng hòa tan: Không hòa tan trong nước, hòa tan trong các dung dịch nước kiềm

b Catechin

Công thức phân tử: C15H14O6

Khối lượng phân tử: 290,27 g/mol

Trạng thái: chất lỏng không màu

Nhiệt độ sôi: 175-1770C

Công thức cấu tạo:

Hình 1.4 Công thức cấu tạo của catechin

c Leucocyanidin

Công thức phân tử: C15H14O7

Khối lượng phân tử: 306,26 g/mol

Công thức cấu tạo:

Hình 1.5 Công thức cấu tạo của leucocyanidin

d Avicuralin

Công thức phân tử: C20H18O11

Khối lượng phân tử: 434,35 g/mol

Công thức cấu tạo:

Hình 1.6 Công thức cấu tạo của avicuralin

e Guajaverin

Công thức phân tử: C20H18O11

Khối lượng phân tử: 434,35 g/mol

Công thức cấu tạo:

Hình 1.7 Công thức cấu tạo của guajavarin

1.1.4.2 Acid phenolic

a Acid gallic

Công thức phân tử: C6H2(OH)3COOH

Khối lượng phân tử: 170,12 g/mol

Công thức cấu tạo:

Hình 1.8 Công thức cấu tạo của acid gallic

Trạng thái vật lý: Tinh thể màu trắng hoặc trắng vàng

Khối lượng phân tử: 194,18 g/mol

Công thức cấu tạo:

Hình 1.9 Công thức cấu tạo của acid ferulic

Trạng thái vật lý: Tinh thể trong suốt

Nhiệt độ nóng chảy: 168-172 oC

c Acid ellagic

Công thức phân tử: C14H6O8

Khối lượng phân tử: 302,197 g/mol

Công thức cấu tạo:

Hình 1.10 Công thức cấu tạo của acid ellagic

1.1.5 Giá trị sử dụng của lá ổi

1.1.5.1 Các nghiên cứu dược học về lá ổi

Trích dẫn từ một số nghiên cứu được tổng hợp bởi Trần Việt Hưng (2006):

Tác dụng trị tiêu chảy

Tác dụng này đã được công nhận trong nhiều nghiên cứu lâm sàng, dược học

Lá ổi chính thức được ghi trong dược điển Hà Lan dùng làm thuốc trị tiêu chảy qua

nghiên cứu lâm sàng ở 62 trẻ em bị tiêu chảy, sưng ruột do siêu vi (Rotaviral enteritis),

thời gian lành bệnh ghi nhận là 3 ngày (87,1%), rút ngắn tương đối rõ rệt so với nhóm đối chứng Nghiên cứu khác tại ghi nhận liều chiết nước từ lá ổi 8 microgram/ml có

hoạt tính chống lại Simian rotavirus gây tiêu chảy (82,2%) Tại Thái Lan, các nhà

nghiên cứu đã dùng bột lá ổi so sánh với tetracylin để trị 122 người tiêu chảy gồm 64

nam, 58 nữ, tuổi từ 16-55 Liều dùng cho bột lá ổi và tetracylin là 500mg, uống trong 3 ngày Kết quả tương đương cho cả 2 nhóm dùng bột lá ổi và tetracylin

Tác dụng trị bệnh đường ruột

Các flavonoid loại quercetin trong lá có hoạt tính bài tiết axetylcholine trong ruột, kích thích cơ trơn ruột Hoạt tính này giúp ngăn chặn các ion calcium và ức chế các enzyme liên hệ đến sự tổng hợp prostaglandins giúp giảm những cơn đau bụng do

cơ trơn của ruột co thắt

Ngoài ra lá ổi còn tác động vào sự tái hấp thu nước nơi ruột Các lectins trong lá

ổi có thể gắn vào E Coli ngăn chặn vi khuẩn hấp thu vào vách trong của ruột và do đó ngăn ngừa được sự nhiễm trùng ruột

Tác dụng kháng sinh, kháng siêu vi và diệt nấm gây bệnh

Dịch chiết từ lá và vỏ thân có tác dụng sát trùng trên các vi khuẩn như

Staphylococcus, Shigella, Salmonella, Bacillus, E.coli, Clostridium và Pseudomonas

Dịch chiết từ lá bằng nước muối 1:40 có tác dụng diệt trùng trên Staphylococcus aureus Nước ép từ lá ở nồng độ 66% có hoạt tính diệt siêu vi Tobacco mosaic Nước chiết từ lá ngăn chăn sự tăng trưởng của các nấm Trichophyton rubrum, T.mentagrophytes và Microsporum gypseum

Tác dụng hạ đường trong máu

Một nghiên cứu tại Hàn Quốc ghi nhận hoạt tính ức chế men protein tyrosine phosphatase 1B của dịch chiết từ lá ổi có tác dụng trị tiểu đường loại 2

Nghiên cứu tại Đài Loan trên chuột cho thấy nước ép từ quả tươi chích qua màng phúc toan với liều 1,0g/kg giúp làm hạ đường trong máu tạo ra bởi alloxan

Pranee Jaiarj và cộng sự (2009) đã nghiên cứu hiệu quả kháng ho và kháng vi sinh vật của dịch chiết từ lá ổi, được thử nghiệm thành công trên chuột bạch

1.1.5.2 Một số vị thuốc dân gian sử dụng ổi

Tổng hợp các nghiên cứu trên thế giới [7, 8]:

Tại Việt Nam:

Theo Y học dân gian, ổi có vị chát, hơi ngọt, tính bình Các bộ phận dùng làm thuốc gồm búp non, lá non, quả, vỏ rễ và vỏ thân Ổi có tác dụng thu liễu (làm săn da), cầm tiêu chảy, chống sưng tấy và cầm máu nên được dùng để điều trị chứng đau bụng, tiêu chảy do tiêu hóa yếu, sưng ruột, kiết lỵ do nhiễm trùng Ngoài ra ổi còn được dùng

để trị chấn thương, ngứa ngoài da

Tại Ấn Độ, theo y học Ayurvedic thì vỏ cành ổi dùng để trị tiêu chảy, đau bụng, đau bao tử Lá ổi để trị ho và lỡ trong miệng Quả ổi sau khi bỏ hột có tác dụng nhuận trường

Tại Trung Hoa:

Y học cổ truyền không xem ổi là vị thuốc nhưng tùy địa phương việc dùng ổi trị bệnh cũng khá phổ biến Lá ổi có tính bình, vị ngọt dùng để ngừa kiết lị, trị tiêu chảy bằng cách đun 50g lá tươi trong 250ml nước đến sôi, chia làm nhiều lần uống trong ngày Khi bị thương nhai vài lá tươi đắp để cầm máu

Tại Thái Lan:

Búp lá non hoặc quả non sắc lấy nước uống dùng để trị tiêu chảy Lá dùng để che bớt mùi rượu, trị sưng lợi, vết thương lâu lành…

Tại các quốc gia Trung và Nam Mỹ (Brazil, Peru, Cuba,…):

Thổ dân dùng nước sắc từ lá hay vỏ thân để trị tiêu chảy, xúc miệng trị đau cổ họng và điều hòa kinh nguyệt Lá tươi dùng nhai khi chảy máu nơi chân răng, hơi thở khó chịu Hoa nghiền nát đắp trị đau mắt, chói nắng,…

1.2 Polyphenol

1.2.1 Định nghĩa và công thức cấu tạo [1]

Phenol là hợp chất có vòng thơm có nhóm hydroxyl gắn trực tiếp vào vòng benzen hay vòng bezonoid Sự hiện diện của các nhóm hydroxyl ảnh hưởng đến tính chất vật lý của phenol Các nhóm hydroxyl này hình thành liên kết hidro với

các phenol khác và với nước, do đó phenol có nhiệt độ sôi cao và hòa tan trong nước tốt hơn các hydrocacbon có cùng trọng lượng phân tử

Các hợp chất phenol rất đa dạng về cấu trúc Dựa vào đặc trưng của khung cacbon các hợp chất phenol được chia thành 3 nhóm chính : nhóm hợp chất phenol C6- C1 (acid malic), nhóm hợp chất phenol C6-C3 (acid cafeic) và nhóm hợp chất phenol C6-C3-C6 (catechin và flavonoid) Khả năng phản ứng tạo màu mạnh hay yếu phụ thuộc vào cấu trúc của phenol cũng như nguồn enzyme xúc tác phản ứng oxy hóa các phenol này Các polyphenol có chứa gốc pyrocatechin hoặc pyrogalic nên chúng có thể tham gia phản ứng oxy hóa-khử, phản ứng cộng và phản ứng ngưng tụ Một số hợp chất polyphenol phổ biến trong tự nhiên được thể hiện trong

Hình 1.11

Hình 1.11 Cấu trúc của vài hợp chất polyphenol trong tự nhiên

1.2.2 Cơ chế chống oxy hóa [5]

Cấu trúc của các hợp chất phenol quyết định cơ chế hoạt động chống oxy hóa

Cơ chế chống oxy hóa của các hợp chất phenol như sau: (1) Khử và vô hoạt các gốc tự

do nhờ thế oxy hóa khử thấp; (2) Tạo phức với các ion Fe2+ và Cu+ và (3) Kìm hãm hoạt động của các enzyme có khả năng tạo ra các gốc tự do như xanthine oxidase

Các hợp chất flavonoid (Fl-OH) nhờ thế oxy hóa khử thấp có thể khử các gốc tự

do như peroxyl, alkoxyl và hydroxyl bằng cách nhường nguyên tử hydro

Fl-OH + R → Fl-O + RH (Với R là gốc tự do) Gốc flavonoid tự do (Fl-O) sau đó lại kết hợp với một gốc tự do khác để tạo

thành hợp chất bền (Hình 1.12)

Hình 1.12 Vô hoạt các gốc tự do bởi flavonoid

Sắt và đồng là những kim loại đảm nhận những vai trò sinh lý nhất định trong cơ

thể như tham gia vận chuyển oxy (hemoglobin), cofactor của nhiều enzyme Tuy nhiên

các kim loại này có thể tham gia phản ứng Fenton và Haber-Weiss để tạo nên các gốc

tự do Các flavonoid có khả năng tạo phức với các kim loại này và hạn chế tác dụng

xấu của chúng (Hình 1.13)

Fe3+ O2→ Fe2+ + O2

H2O2 + Fe2+(Cu+) → OH + OH- + Fe3+(Cu2+)

O2 + H2O2 → OH + OH- + O2

Hình 1.13 Cơ chế tạo phức giữa các flavonoid và các ion kim loại

Hoạt động của các xanthine oxidase cũng là một nguồn tạo ra các gốc tự do Khi

sự có mặt của oxy, enzyme này xúc tác sự oxy hóa xanthine thành acid uric, phân tử oxy nhận điện tử và trở thành ion superoxyde

Xanthine + 2O2 + H2O Xanthine oxidase Acid uric + 2O2- + 2H+

Các flavonoid có cấu tạo vòng A giống như vòng purin của xanthine được coi như chất kìm hãm cạnh tranh của xanthine oxidase do đó ngăn ngừa sự tạo ion superoxyde

Khả năng chống oxy hóa của các hợp chất phenol phụ thuộc chặt chẽ vào đặc điểm cấu tạo của chúng Các bộ phận đảm nhiệm chức năng chống oxy hóa của phenol

được giới thiệu ở Hình 1.14 Đó là: (1) Các nhóm hydroxyl ở dạng ortho của vòng B có

khả năng cho điện tử; (2) Liên kết đôi giữa C2 và C3 và nhóm ceton ở C4 đảm bảo việc phân bố lại điện tử cho vòng B; (3) Các nhóm hydroxyl ở C3 và C5 cùng tạo phức với Ceton ở C4 đảm bảo khả năng tạo phức với kim loại

Hình 1.14 Các vùng cấu trúc đảm bảo khả năng chống oxy hóa của phenol 1.3 Thu nhận và ứng dụng polyphenol

1.3.1 Bản chất và các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình chiết [2, 3]

1.3.1.2 Bản chất của quá trình chiết [2]

Có 3 quá trình xảy ra đồng thời trong chiết xuất là:

(1) Sự hòa tan của chất tan vào dung môi

(2) Sự khuếch tán của chất tan trong dung môi

(3) Sự dịch chuyển của các phân tử chất tan qua vách tế bào thực vật

Khi nguyên liệu và dung môi tiếp xúc với nhau, lúc đầu dung môi thấm vào nguyên liệu, sau đó những chất tan trong tế bào nguyên liệu hoà tan vào dung môi, rồi được khuếch tán ra ngoài tế bào Trong chiết xuất hợp chất thiên nhiên sẽ xảy ra một số

quá trình sau: khuếch tán, thẩm thấu, thẩm tích,

a Quá trình khuếch tán

Khái niệm chung:

Quá trình di chuyển vật chất từ pha này sang pha khác khi hai pha tiếp xúc trực tiếp với nhau gọi là quá trình khuếch tán (hay là quá trình chuyển khối, quá trình truyền chất)

Quá trình tách chất hoà tan trong nguyên liệu bằng dung môi chính là quá trình chiết xuất nguyên liệu Ở đây nguyên liệu là pha rắn, dung môi là pha lỏng

Khi hai pha chuyển động tiếp xúc với nhau, do sự cản trở của pha này đối với pha kia, nghĩa là do ma sát giữa chúng mà trên bề mặt phân chia pha tạo thành lớp màng ở trong lớp màng luôn luôn có chế độ chuyển động dòng, còn ở giữa nhân của dòng thì có thể có chuyển động xoáy Đặc trưng di chuyển vật chất trong màng và trong nhân của dòng có khác nhau

Trong lớp màng, quá trình di chuyển vật chất cơ bản là nhờ sự tiếp xúc giữa các phân tử và sự tác dụng tương hỗ giữa chúng, do đó quá trình di chuyển vật chất qua màng được gọi là quá trình khuếch tán phân tử

Trong nhân của dòng, quá trình di chuyển vật chất nhờ vào sự xáo trộn các phần

tử của dòng, vì thế gọi là khuếch tán đối lưu

Vận tốc khuếch tán trong lớp màng rất chậm so với vận tốc khuếch tán trong nhân của dòng, do đó mặc dù lớp màng rất mỏng nhưng nó vẫn có giá trị quyết định đối với quá trình khuếch tán Vận tốc khuếch tán chung phụ thuộc nhiều vào vận tốc khuếch tán trong màng

Khuếch tán phân tử

Khuếch tán phân tử xảy ra trong lớp màng hay trong môi trường đứng yên Động lực của quá trình khuếch tán là građien nồng độ theo hướng di chuyển, tức là sự biến đổi nồng độ trên một đơn vị đường đi

Vận tốc khuếch tán: Là lượng vật chất đi qua một đơn vị bề mặt trong một đơn

vị thời gian Theo định luật Fick, vận tốc khuếch tán tỷ lệ với građien nồng độ Phương trình ứng dụng của định luật Fick về lượng vật chất khuếch tán như sau:

Trong đó:

G : lượng vật chất khuếch tán, [kg]

F : bề mặt khuếch tán, vuông góc với hướng khuếch tán, [m2]

τ : thời gian khuếch tán, [h]

C : nồng độ chất tan, [kg/m3]

x : chiều dài quãng đường khuếch tán, [m]

Hệ số khuếch tán phân tử là lượng vật chất đi qua một đơn vị bề mặt, trong một đơn vị thời gian, khi nồng độ vật chất giảm đi một đơn vị trên một đơn vị chiều dài theo hướng khuếch tán Hệ số khuếch tán của một chất đặc trưng cho tính chất khuếch tán của chất đó trong một môi trường nào đấy

Công thức tính hệ số khuếch tán phân tử theo Einstein:

Khuếch tán đối lưu

Trường hợp vật chất khuếch tán trong môi trường chuyển động, ví dụ khuếch tán từ dòng khí vào dòng chất lỏng giọt Vật chất khuếch tán từ khí vào lỏng không những nhờ vào chuyển động của phân tử mà còn nhờ vào sự chuyển động của các pha

Khuếch tán trong môi trường như thế gọi là khuếch tán đối lưu

Trong chiết xuất, quá trình khuếch tán của chất tan trong dung môi được đặc trưng chủ yếu bằng khuếch tán đối lưu

Khuếch tán trong môi trường chất lỏng chuyển động được mô tả bằng phương trình vi phân của khuếch tán đối lưu

Viết dưới dạng rút gọn:

Phương trình khuếch tán đối lưu rất phức tạp Tuỳ từng trường hợp cụ thể mà người ta đã giải phương trình để áp dụng cho những trường hợp riêng

b Quá trình thẩm thấu

Khái niệm: Quá trình thẩm thấu là quá trình khuếch tán giữa hai pha lỏng qua

một màng có tính chất bán thấm, có nghĩa là màng đó chỉ cho dung môi đi qua mà không cho chất tan đi qua Màng đó gọi là màng bán thấm Do áp lực thẩm thấu của các phân tử chất tan, dung môi sẽ được thấm từ pha lỏng có nồng độ chất tan thấp hơn sang pha lỏng có nồng độ cao hơn, cho đến khi áp lực thuỷ tĩnh cân bằng với áp lực thẩm thấu

Ứng dụng: Trong tế bào nguyên liệu, chất nguyên sinh có tính chất bán thấm, vì

vậy khi nguyên liệu còn tươi, do tác dụng của chất nguyên sinh mà chỉ có dung môi được thấm vào tế bào làm cho nguyên liệu bị trương nở, còn chất tan trong tế bào thì không khuếch tán ra ngoài được Do đó trong chiết xuất hợp chất thiên nhiên, người ta phải tìm cách phá huỷ chất nguyên sinh bằng nhiệt hoặc bằng cồn để thực hiện quá trình chiết xuất

c Quá trình thẩm tích

Khái niệm: Quá trình thẩm tích là quá trình khuếch tán giữa hai pha lỏng qua

một màng có tính chất thẩm tích, có nghĩa là màng đó không chỉ cho dung môi đi qua

mà còn cho cả chất tan đi qua, nhưng chỉ cho qua những chất có phân tử nhỏ

Ứng dụng: Màng tế bào nguyên liệu thực vật có tính chất của một màng thẩm

tích, do đó khi chiết xuất nếu màng tế bào còn nguyên vẹn thì chỉ có chất tan là phân tử nhỏ và ion (phần lớn là hoạt chất) khuếch tán qua được màng tế bào; còn các chất

có phân tử lớn (thường là chất keo, chất tạp, ) thì không qua được màng tế bào nên không bị chiết vào dịch chiết Như vậy, có thể coi màng tế bào như một màng lọc có tính chọn lọc Đây chính là ưu điểm của màng tế bào đối với quá trình chiết xuất Do đó trong quá trình chiết xuất, không nên xay nguyên liệu quá mịn; vì khi đó màng tế bào bị phá vỡ, tính chọn lọc của màng tế bào không còn, dịch chiết sẽ lẫn nhiều tạp, gây khó khăn cho quá trình tinh chế

1.3.1.3 Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình chiết

Ba quá trình xảy ra trong quá trình chiết: Khuếch tán, thẩm thấu, thẩm tích Các yếu tố ảnh hưởng lên ba quá trình này (bản chất của chất tan, dung môi, nhiệt độ, áp suất, cấu tạo của vách tế bào, kích thước tiểu phân bột nguyên liệu…) sẽ quyết định chất lượng và hiệu quả của quá trình chiết xuất

Nguyên liệu trước khi chiết xuất cần kiểm tra về mặt thực vật xem có đúng loài, đôi khi đúng thứ hay chủng mà chúng ta cần hay không Cần ghi rõ nơi thu hái, thời gian thu hái Tùy theo trường hợp mà đặt vấn đề thời vụ thu hái, để đảm bảo hoạt chất mong muốn có hàm lượng cao nhất Nguyên liệu sau đó có thể được làm khô hoặc để tươi mà chiết Nhiều hoạt chất rắn rất dễ bị biến đổi trong quá trình làm khô hoặc ngay khi còn tươi nếu không xử lý để diệt enzyme Kích thước của bột nguyên liệu cũng là yếu tố quan trọng ảnh hưởng đến chất lượng và hiệu quả của quá trình chiết

1.3.1.4 Những vấn đề cơ bản cần giải quyết khi nghiên cứu quá trình chiết

a Lựa chọn dung môi chiết xuất

Dung môi dùng để chiết các hợp chất khỏi hợp chất thiên nhiên rất đa dạng và thay đổi tùy theo bản chất của mỗi loại hợp chất thiên nhiên Vì vậy cơ sở để lựa chọn dung môi chiết là tính phân cực của hợp chất chứa trong hợp chất thiên nhiên và của

dung môi

Dung môi chiết tùy theo từng loại hợp chất mà chọn cho thích hợp Về nguyên tắc, để chiết các chất phân cực (các glycosid, các muối của alcaloid, các hợp chất polyphenol…) thì phải sử dụng các dung môi phân cực Để chiết các chất kém phân cực (chất béo, tinh dầu, carotenoid, các triterpen và các steroid tự do…) thì phải sử dụng các dung môi kém phân cực Trên thực tế, cồn với các nồng độ cồn khác nhau là dung môi hay được dùng Cồn có thể hòa tan được nhiều nhóm hoạt chất, không độc rẻ tiền và dễ kiếm Trong một vài trường hợp, nguyên liệu tươi được thả từ từ trong cồn tươi vừa để diệt enzyme vừa để hòa tan hoạt chất

b Dung môi thích hợp cho chiết xuất polyphenol từ lá ổi

Hiệu quả của quá trình chiết xuất phụ thuộc chính vào sự lựa chọn dung môi chiết [26] Độ phân cực của hợp chất cần chiết là yếu tố quan trọng nhất để chọn dung môi Ái lực phân tử giữa dung môi và chất tan, sự chuyển khối, dùng cùng dung môi, an toàn cho môi trường, sức khỏe con người và khả năng tài chính cũng được xem xét để chọn dung môi chiết cho phù hợp [20] Một số ví dụ về các loại hợp chất có hoạt tính

sinh học và dung môi chiết xuất chúng được trình bày trên Bảng 1.1

Bảng 1.1: Ví dụ về một số thành phần hoạt tính sinh học được chiết bởi các dung

môi khác nhau [26]

Nước là dung môi lành tính, rẻ, dễ sử dụng nhất trong các loại dung môi trên Dung môi thích hợp để chiết polyphenol là nước, ethanol, và methanol Những vì độc tính của dung môi methanol nên phần lớn các nghiên cứu chiết xuất polyphenol từ lá

Anthocianin Tanins Anthocianin Terpenoids Terpenoids Terpenoids Flavonoids

Saponins Flavonol Polyphenols

terpenoids Terpenoids Saponins

Alkaloids Flavones

Tanins

ổi sử dụng dung môi chiết là ethanol và nước [6, 13, 24, 33, 40, 49] Suganya Tachakittirungrod và cộng sự (2007) đã chỉ ra rằng methanol là dung môi chiết đem lại hàm lượng polyphenol và hoạt tính chống oxy hóa từ lá ổi Trong khi đó, Witayapan Natitanon và cộng sự (2010) cho thấy chiết bằng nước nóng cho hàm lượng polyphenol và hoạt tính chống oxy hóa từ lá ổi cao nhất Qian He và Nihorimbere Venant (2004) thì báo cáo rằng dịch chiết lá ổi với dung môi là ethanol cho hàm lượng polyphenol và hoạt tính chống oxy hóa cao hơn khi chiết bằng dung môi là nước

c Lựa chọn phương pháp chiết thích hợp

Phương pháp chiết dùng cho mỗi nghiên cứu phải tính đến hiệu quả tổng thể của quá trình, cân đối giữa năng suất chiết và chi phí cho quá trình chiết, điều kiện máy móc thiết bị có thể đáp ứng, các vấn đề về độc tính và môi trường cũng cần được xem xét

1.3.2 Phương pháp chiết xuất

1.3.2.1 Phân loại

Có nhiều cách phân loại, dựa vào các yếu tố khác nhau:

Dựa vào nhiệt độ:

Có hai cách chiết: Chiết ở nhiệt độ thường và chiết nóng Mỗi cách chiết có dung môi và thiết bị riêng Chiết ở nhiệt độ thường: Có 2 cách là ngâm kiệt và ngâm phân đoạn Phương pháp ngâm kiệt cho kết quả tốt hơn vì chiết được nhiều hoạt chất và tiết kiệm được dung môi Chiết nóng thường áp dụng chiết liên tục hoặc hồi lưu đối với dung môi dễ bay hơi

Dựa vào chế độ làm việc: Gồm có chiết gián đoạn, bán liên tục và liên tục Dựa vào chiều chuyển động tương hỗ giữa hai pha, có các phương pháp: Ngược dòng, xuôi dòng và chéo dòng

Dựa vào áp suất làm việc, có các phương pháp: Áp suất thường (áp suất khí

quyển), áp suất giảm (áp suất chân không) và áp suất cao (làm việc có áp lực)

Dựa vào những biện pháp kĩ thuật đặc biệt:

Có thể rút ngắn được thời gian chiết bằng các phương pháp chiết sau: Phương

pháp siêu âm, phương pháp tạo dòng xoáy, phương pháp mạch nhịp…

1.3.2.2 Một số phương pháp chiết xuất

Khi chiết xuất, quá trình chiết xuất chủ yếu xảy ra ở hai khu vực: Bên trong nguyên liệu và giữa các lớp dung môi Trong đó quá trình xảy ra bên trong nguyên liệu

có ảnh hưởng quyết định và phụ thuộc vào bản chất nguyên liệu (cấu trúc, tính chất lý hóa…) Các phương pháp chiết xuất thường chỉ tác động đến yếu tố bên ngoài, nhằm đạt được hiệu quả cao trong thời gian ngắn đối với mỗi loại nguyên liệu Dưới đây là một số phương pháp chiết thường gặp

a Phương pháp chiết xuất gián đoạn

có thể tiến hành khuấy trộn bằng cách khuấy hoặc rút dịch chiết ở dưới rồi đổ lại lên trên (tuần hoàn cưỡng bức dung môi)

Có nhiều cách ngâm: có thể ngâm tĩnh hoặc ngâm động, ngâm nóng hoặc ngâm lạnh, ngâm một lần hay nhiều lần (còn gọi là ngâm phân đoạn hay ngâm nhiều mẻ)

- Nếu chỉ chiết một lần thì không chiết kiệt được hoạt chất trong nguyên liệu

- Nếu chiết nhiều lần thì dịch chiết loãng, tốn dung môi, tốn thời gian chiết

Phương pháp ngâm kiệt

Sau khi chuẩn bị nguyên liệu, ngâm nguyên liệu vào bình dung môi trong bình ngâm kiệt Sau một khoảng thời gian nhất định (tùy từng loại nguyên liệu), rút nhỏ giọt

dịch chiết ở phía dưới, đồng thời bổ sung thêm dung môi ở phía trên bằng cách cho dung môi chảy rất chậm và liên tục qua lớp nguyên liệu nằm yên (không được khuấy trộn) Lớp dung môi trong bình chiết thường được để ngập bề mặt nguyên liệu khoảng 3-4 cm

Ngâm kiệt đơn giản: Là phương pháp ngâm kiệt luôn sử dụng dung môi mới để

chiết đến kiệt hoạt chất trong nguyên liệu

Ngâm kiệt phân đoạn ( tái ngâm kiệt): Là phương pháp ngâm kiệt có sử dụng

dịch chiết loãng để chiết mẻ mới (nguyên liệu mới) hoặc để chiết các các mẻ có mức độ chiết kiệt khác nhau

Ưu điểm: Dược liệu được chiết kiệt và tiết kiệm được dung môi ( tái ngâm kiệt) Nhược điểm: Có nhược điểm chung của phương pháp chiết xuất gián đoạn: năng

suất thấp, lao động thủ công, cách tiến hành phức tạp hơn so với phương pháp ngâm và tốn dung môi ( ngâm kiệt đơn giản)

b Phương pháp chiết xuất bán liên tục

Phương pháp này còn được gọi là phương pháp chiết xuất nhiều bậc, phương pháp chiết nhiều dòng tương đối hay phương pháp chiết ngược dòng gián đoạn Sơ đồ:

Hình 1.15 Hệ thống thiết bị chiết xuất bán liên tục

Phương pháp này có sử dụng một hệ thống thiết bị gồm nhiều bình chiết khác nhau, có thể mắc thành một dãy gồm 4-16 bình chiết nối tiếp nhau Ở đây, quá trình coi như ngược chiều tương đối vì thực tế nguyên liệu không chuyển động

Tiến hành:

Lúc đầu, nguyên liệu và dung môi được nạp trong tất cả các thiết bị, nguyên liệu được ngâm vào dung môi trong một khoảng thời gian xác định (tùy thuộc vào nguyên liệu và dung môi) Lúc này nguyên liệu và dung môi đều không chuyển động Sau đó dịch chiết được chuyển tuần tự từ thiết bị này sang thiết bị khác Hệ thống tổ hợp kín các bình chiết này cho phép đóng ngắt một cách có chu kỳ một trong những thiết bị ra khỏi

hệ thống tuần hoàn, cho phép tháo bã nguyên liệu ở bình đã được chiết kiệt rồi nạp nguyên liệu mới Sau đó thiết bị này lại được đưa vào hệ thống tuần hoàn và dịch chiết đậm đặc nhất được dẫn qua nó mà dịch chiết này vừa đi qua tất cả các thiết bị còn lại Tiếp theo, lại đóng ngắt một thiết bị kế tiếp mà trước đó dung môi mới vừa được dẫn qua Số thiết bị các nhiều thì quá trình xảy ra càng gần với quá trình liên tục Ở đây, bã nguyên liệu trước khi ra khỏi hệ thống thiết bị sẽ được tiếp xúc với dung môi mới nên nguyên liệu sẽ được chiết kiệt Dịch chiết trước khi ra khỏi hệ thống sẽ được tiếp xúc với nguyên liệu mới nên nên dịch chiết thu được sẽ đậm đặc nhất Như vậy có thể nói quá trình xảy ra theo nguyên tắc “dung môi mới tiếp xúc với nguyên liệu cũ và nguyên liệu mới tiếp xúc môi cũ” Trong phương pháp này, quá trình xảy ra gần với quá trình ngược chiều, do đó phương pháp này còn được gọi là phương pháp chiết ngược chiều tương đối

Ưu điểm (so với phương pháp chiết gián đoạn): Dịch chiết đậm đặc và nguyên

liệu được chiết kiệt

Nhược điểm: Hệ thống thiết bị cồng kềnh, chiếm nhiều diện tích lắp đặt,vận hành

phức tạp, thao tác thủ công và không tự động hóa quá trình được

c Phương pháp chiết xuất liên tục

Tiến hành:

Phương pháp này được thực hiện trong những thiết bị vận hành liên tục Ở đây, nguyên liệu và dung môi liên tục được đưa vào và chuyển động ngược chiều nhau trong thiết bị Nguyên liệu di chuyển được trong thiết bị là nhờ cơ cấu vận chuyển chuyên dùng khác nhau Dịch chiết trước khi ra khỏi thiết bị được tiếp xúc với nguyên liệu mới nên dịch chiết thu được đậm đặc Bã nguyên liệu trước khi ra khỏi thiết bị được tiếp xúc

với dung môi mới nên bã nguyên liệu được chiết kiệt

So với phương pháp chiết gián đoạn thì phương pháp chiết liên tục có ưu nhược điểm sau:

Ưu điểm: Năng suất làm việc cao, tiết kiệm thời gian chiết, không phải lao động

thủ công (tháo bã, nạp liệu), dịch chiết thu được đậm đặc, dược liệu được chiết kiệt, dung môi ít tốn kem, có thể tự động hóa, cơ giới hóa được quá trình

Nhược điểm: Thiết bị có cấu tạo phức tạp, đắt tiền và vận hành phức tạp

1.3.3 Chức năng của các polyphenol [5]

Các hợp chất phenol là một trong các nhóm sản phẩm trao đổi chất bậc hai chủ yếu của thực vật, rất đa dạng về cấu trúc và chức năng Ở thực vật, các hợp chất phenol tạo màu cho thực vật (anthocyanin); bảo vệ thực vật trước tia cực tím; chống lại sự oxy hóa; là tín hiệu cho sự cộng sinh giữa thực vật và vi khuẩn nốt sần; bảo vệ thực vật trước sự tấn công của vi sinh vật gây hại (như vi khuẩn gây thối rễ ở khoai tây); là vật liệu góp phần vào độ bền chức của thực vật và sự thấm của màng tế bào đối với khí và nước Đối với các thực phẩm các hợp chất phenol là những chất hoạt động giữ vai trò chủ đạo quyết định hương vị của nhiều loại sản phẩm có nguồn gốc từ thực vật Chúng ảnh hưởng đến màu sắc và vị của hầu hết các sản phẩm thực phẩm và ở một mức độ chúng tham gia vào các quá trình tạo ra cấu tử thơm mới tạo nên hương thơm đặc biệt cho sản phẩm [16] Về mặt y học, việc sử dụng các sản phẩm giàu hợp chất phenol như trà, rượu vang đỏ được chứng minh là có lợi cho sức khỏe Tác dụng tốt này có là do khả năng chống oxy hóa của các hợp chất phenol

Polyphenol được chú ý đến bởi khả năng chống oxy hóa của chúng Chúng có khả năng chuyển electron trong chuỗi hô hấp bình thường định cư trong ti thể Chúng

có khả năng đó là do chúng có khả năng tạo phức bền với các kim loại nặng, do đó làm mất hoạt tính xúc tác của chúng, đồng thời chúng có khả năng nhận các gốc tự do tức là

có khả năng dập tắt các quá trình tạo ra các gốc tự do

Ngoài ra, polyphenol còn có khả năng ức chế sự phát triển của vi nấm Nhiều polyphenol có hoạt tính Vitamin P, nghĩa là có khả năng làm tăng độ đàn hồi và chuẩn hóa tính thẩm thấu của viti huyết quản

Hiện nay, có nhiều tài liệu nghiên cứu polyphenol có khả năng chống và ức chế các tế bào ung thư và sự hấp thụ các tia cực tím

1.3.4 Ứng dụng của polyphenol [1]

Ứng dụng được quan tâm mạnh mẽ nhất hiện nay của nhóm các hợp chất polyphenol là về khả năng dược lý Nhưng ngoài ra khả năng ngăn chặn có hiệu quả các quá trình oxy hóa đặc biệt là các quá trình oxy hóa lipid, nhóm chất này còn được quan tâm sử dụng trong các sản phẩm thuộc lĩnh vực khác như mỹ phẩm và thực phẩm Trong các lĩnh vực này do đặc điểm xuất phát từ thiên nhiên, an toàn nên polyphenol được sử dụng như chất chống oxy hóa để thay thế cho các chất oxy hóa thường dùng như BHT, BHA…

Trong mỹ phẩm, polyphenol được bổ sung vào các sản phẩm như kem đánh răng, kem dưỡng da, sữa tắm…

Trong thực phẩm, với khả năng chống oxy hóa, chúng được cho vào kẹo, bánh, nước giải khát, chế phẩm thực phẩm chức năng…

1.3.5 Một số nghiên cứu về polyphenol lá ổi

Các nghiên cứu của các nhà khoa học Việt Nam và thế giới tập trung về việc phân tích thành phần hóa học, chiết xuất polyphenol, đánh giá hoạt tính chống oxy hóa

và khảo sát dược tính của các hợp chất có trong lá ổi

1.3.5.1 Nghiên cứu trong nước

Các nhà khoa học Việt Nam đã tiến hành nhiều công trình nghiên cứu về thành phần polyphenol, hoạt tính chống oxy hóa và tính chất trị liệu của những chiết xuất từ

lá ổi từ nhiều năm qua:

Trương Tuyết Mai và cộng sự (2010) đã công bố hàm lượng polyphenol và khả năng chống oxy hóa của 28 thực vật ăn được tại Việt Nam, trong đó có lá ổi thuộc nhóm có hàm lượng polyphenol cao , hoạt tính chống oxy hóa đứng thứ 5 trong số 28 loại thực vật sàng lọc

Kết quả nghiên cứu của Trương Tuyết Mai và cộng sự (2012) đã cho biết hỗn hợp từ bột chiết lá vối, lá ổi, lá sen với tỉ lệ trộn tối ưu là 1:3:1 có hàm lượng polyphenol đạt 319,6 mg catechin/g bột khô; khả năng ức chế gốc tự do 72,3% (tại