Nghiên cứu tối ưu hóa điều kiện trích ly hỗ trợ vi sóng cho hợp chất saponins và khả năng chống oxy hóa từ rễ cây an xoa (helicteres hirsuta l )

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC NHA TRANG KHOA CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC NGHIÊN CỨU TỐI ƯU HĨA ĐIỀU KIỆN TRÍCH LY HỔ TRỢ VI SÓNG CHO HỢP CHẤT SAPONINS VÀ KHẢ NĂNG CHỐNG ƠXY HĨA TỪ RỄ CÂY AN XOA (HELICTERES HIRSUTA L.) Giảng viên hướng dẫn : TS Nguyễn Văn Tặng Th.S Phạm Thị Hiền Sinh viên thực : Nguyễn Thị Kim Cúc Mã số sinh viên : 56131954 Khánh Hòa: 2018 TRƯỜNG ĐẠI HỌC NHA TRANG KHOA CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM BỘ MÔN CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC NGHIÊN CỨU TỐI ƯU HĨA ĐIỀU KIỆN TRÍCH LY HỔ TRỢ VI SĨNG CHO HỢP CHẤT SAPONINS VÀ KHẢ NĂNG CHỐNG ƠXY HÓA TỪ RỄ CÂY AN XOA (HELICTERES HIRSUTA L.) Giảng viên hướng dẫn : TS Nguyễn Văn Tặng Th.S Phạm Thị Hiền Sinh viên thực : Nguyễn Thị Kim Cúc Mã số sinh viên : 56131954 Khánh Hòa, tháng 7/2018 i i LỜI CAM ĐOAN Tơi xin cam đoan cơng trình nghiên cứu riêng hướng dẫn khoa học TS Nguyễn Văn Tặng Các số liệu, kết nêu đồ án hoàn toàn trung thực chưa cơng bố cơng trình khác Các nguồn tài liệu tham khảo trích dẫn đầy đủ Tơi xin hồn tồn chịu trách nhiệm cam đoan Sinh viên Nguyễn Thị Kim Cúc ii LỜI CẢM ƠN Đầu tiên em xin gửi lời cảm ơn chân thành đến Ban Giám hiệu, Trung tâm Thí nghiệm Thực hành Khoa Cơng nghệ Thực phẩm – Trường Đại học Nha Trang tạo điều kiện tốt sở vật chất để em có hội tiếp cận, thực hồn thành tốt đề tài nghiên cứu Sự biết ơn sâu sắc em xin giành cho TS Nguyễn Văn Tặng, Bộ môn Công nghệ Thực phẩm – Trường Đại học Nha Trang tài trợ kinh phí, tận tình hướng dẫn động viên em trình thực đồ án Bên cạnh em xin gửi lời cảm ơn đến Th.S Phạm Thị Hiền, Bộ mơn Cơng nghệ Chế biến Thủy sản tồn thể thầy cán phòng thí nghiệm – thực hành giúp đỡ tận tình tạo điều kiện cho em thời gian thực hành đồ án Đồng thời, em xin gửi lời cảm ơn chân thành đến gia đình, bạn bè ln động viên, tạo điều kiện giúp đỡ suốt thời gian qua Cuối cùng, em xin chúc quý Thầy, Cơ gia đình dồi sức khỏe, hạnh phúc thành công nghiệp cao quý Nha Trang, ngày tháng năm 2018 Sinh viên Nguyễn Thị Kim Cúc iii TÓM TẮT Helicteres hirsuta Lour (H hirsuta L.) phân bố rộng rãi khu vực Đông Nam Á, đặc biệt Campuchia Việt Nam Trên thực tế, lương y đánh giá cao sử dụng thuốc để chữa bệnh Đồng thời, có nhiều nhóm nghiên cứu chứng minh saponins, phenolics khả chống ôxy An xoa có cơng dụng chữa bệnh ung thư, u gan, viêm gan B, chữa lỵ, sởi, cảm mạo,… Tuy nhiên, An xoa sử dụng dạng thơ Vì vậy, mục đích việc nghiên cứu tìm điều kiện trích ly hỗ trợ vi sóng tối ưu để thu hàm lượng hợp chất saponins cao từ rễ An xoa Kết cho thấy tất bốn yếu tố nồng độ dung môi (X1), thời gian xạ (X2), thời gian chiết (X3), nồng độ dung môi/nguyên liệu (X4) ảnh hưởng lớn đến khả trích ly saponins Trong đó, nồng độ methanol (X1) ảnh hưởng lớn thời gian chiết (X3) ảnh hưởng Các thơng số trích ly hỗ trợ vi sóng tối ưu tìm thấy bao gồm nồng độ dung môi (X1 = 100%), thời gian xạ (X2 = s/phút), thời gian chiết (X3 = 20 phút), nồng độ dung môi/nguyên liệu (X4 = 40 ml/g) Dưới thông số tối ưu này, hàm lượng saponins (10.23 mg/g mẫu khô), hiệu suất chiết saponins (87.06 %), hàm lượng phenolics (1.93 mg/g mẫu khô), khả quét gốc tự DPPH (24.87 mg/g mẫu khô) đạt Các giá trị thực nghiệm không khác biệt đáng kể so với giá trị dự đoán mơ hình hàm lượng saponins (11.44 mg/g mẫu khô), hiệu suất chiết saponins (97.42 %), hàm lượng phenolics (3.25 mg/g mẫu khô), khả quét gốc tự DPPH (38.36 mg/g mẫu khơ) Do đó, thơng số trích ly hỗ trợ vi sóng đề xuất để trích ly hợp chất saponins từ rễ An xoa cho nghiên cứu ứng dụng iv MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN i LỜI CẢM ƠN iii TÓM TẮT iv MỤC LỤC v DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT viii DANH MỤC CÁC BẢNG HIỆU ix DANH MỤC HÌNH VÀ ĐỒ THỊ x LỜI MỞ ĐẦU CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 1.1 Giới thiệu An xoa 1.1.1 Đặc điểm phân bố sinh thái An xoa 1.1.2 Thành phần hóa học An xoa [21] 1.1.3 Công dụng An xoa 1.1.4 Một số thuốc An xoa [21] [24] 1.2 Tổng quan saponins [13] 1.2.1 Khái niệm [3] 10 1.2.2 Tính chất saponin [13] 10 1.2.3 Cấu trúc hóa học saponin [13] 11 1.2.4 Tác dụng công dụng Saponin [13] 13 1.3 Gốc tự do, q trình ơxy hóa chất chống ơxy hóa 14 1.3.1 Gốc tự [6] 14 1.3.2 Q trình ơxy hóa [6] 14 1.3.3 Chất chống ơxy hóa [11] 15 1.3.4 Phương pháp đánh giá hoạt tính chống ơxy hóa dựa vào khả khử gốc tự DPPH [11] 16 1.4 Tổng quan trình chiết 17 1.4.1 Khái niệm [12] 17 1.4.2 Một số phương pháp chiết xuất thông thường đại [25] 17 1.4.3 Phương pháp sử dụng nghiên cứu 17 1.4.3.1 Phương pháp chiết hỗ trợ vi sóng (MAE) [10] 17 1.4.3.2 Phương pháp bề mặt đáp ứng [12] 19 v 1.5 Chiết xuất saponin từ rễ An xoa [5] [8] 20 1.5.1 Quá trình khuếch tán 21 1.5.2 Quá trình thẩm thấu 21 1.5.3 Q trình thẩm tích 21 1.6 Các yếu tố ảnh hưởng đến trình tách chiết [10] 22 1.6.1 Kích thước nguyên liệu 22 1.6.2 Dung môi chiết 22 1.6.3 Nồng độ dung môi tỉ lệ dung môi/ nguyên liệu 23 1.6.4 Thời gian nhiệt độ chiết 23 CHƯƠNG 2: ĐỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 24 2.1 Đối tượng nghiên cứu 24 2.1.1 Vật liệu nghiên cứu 24 2.1.2 Chuẩn bị mẫu khô 24 2.1.3 Dụng cụ, thiết bị hóa chất 24 2.1.4 Hóa chất 25 2.2 Thiết kế thí nghiệm theo phương pháp bề mặt đáp ứng 25 2.3 Chuẩn bị dịch chiết 27 2.4 Các phương pháp phân tích [18] 28 2.4.1 Xác định độ ẩm 28 2.4.2 Phân tích hàm lượng saponin tổng số (SC) 28 2.4.3 Xác định hiệu suất chiết saponin (SEE) 28 2.4.4 Phân tích hàm lượng phenolic tổng số (TPC) 29 2.4.5 Xác định hoạt tính khử gốc tự DPPH 29 2.5 Phương pháp xử lí số liệu 30 CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN 31 3.1 Kết ảnh hưởng yếu tố đến hàm lượng saponins 31 3.2 Kết ảnh hưởng yếu tố lên hiệu suất chiết saponins 34 3.3 Kết ảnh hưởng yếu tố lên hàm lượng phenolics 37 3.4 Kết ảnh hưởng yếu tố lên khả khử gốc tự DPPH 40 3.5 Kết tối ưu điều kiện chiết từ rễ An xoa 43 CHƯƠNG 4: KẾT LUẬN VÀ ĐỀ XUẤT Ý KIẾN 48 4.1 Kết luận 48 vi 4.2 Đề xuất ý kiến 48 TÀI LIỆU THAM KHẢO 49 PHỤ LỤC 52 vii DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT SC: Saponin content SEE: Saponin extrection effciency TPC: Total phenolic content DPPH: 1,1-diphenyl-2-picrylhydrazyl DRSC: DPPH radical scavenging capacity MAE: Microwave-assisted extraction UHF: Ultra high frequence wave RSM: Response surface methodology UV – Vis: Ultraviolet-visiblespectroscopy GAE: Gallic acid equivalents EE: Escin equivalents viii Hình 3.8 Bề mặt 3D biểu thị ảnh hưởng nồng độ dung môi (X1, %) thời gian xạ (X2, giây/phút) đến khả quét gốc tự DPPH dịch chiết rễ An xoa Hình 3.8 cho thấy ảnh hưởng hai yếu tố là: thời gian xạ nồng độ methanol đến khả quét gốc tự DPPH dịch chiết Kết khảo sát ảnh hưởng đồng thời thời gian xạ nồng độ methanol đến hàm lượng Phenolic điều kiện cố định áp suất P=400W trình bày Hình 3.8 Khi tăng đồng thời thời gian xạ từ 6s/phút đến 10s/phút khả quét gốc tự DPPH dịch chiết tăng mạnh đến khoảng bắt đầu giảm nhẹ tăng nồng độ methanol từ 50% đến 100% khả quét gốc tự DPPH dịch chiết tăng đến cực đại Theo mơ hình 3D thời gian xạ X2=8s/phút nồng độ dung mơi methanol X1=75% khả qt gốc tự DPPH dịch chiết đạt giá trị cao 41 Sau phân tích ANOVA, phần mềm đưa phương trình hồi quy thể mối liên hệ đại lượng sau: Y= 63.86 – 14.83X1 + 0.74X2 + 0.84X3 + 2.49X4 + 3.05X1X2 + 0.398X1X3 + 0.29X2X3 + 2.64X1X4 + 2.41X2 X4 – 2.23X3 X4 – 15.03X12 – 0.29X22 – 0.07X32 – 3.01X42 (4) Kết phân tích ANOVA (Bảng 3.1) phương trình hồi quy (4) cho thấy yếu tố nồng độ dung môi, thời gian xạ, thời gian chiết, tỉ lệ nguyên liệu/dung môi có tương tác với nhau, cụ thể là:  Trong yếu tố X1, X2, X3, X4 nồng độ dung môi ảnh hưởng nhiều thời gian xạ ảnh hưởng đến (thể qua hệ số bậc phương trình hồi quy)  Tăng nồng độ dung mơi khả qt gốc tự DPPH dịch chiết giảm (hệ số bậc hai = – 15.03 < 0)  Tăng thời gian xạ khả quét gốc tự DPPH dịch chiết giảm (hệ số bậc hai = – 0.29 < 0)  Tăng thời gian chiết khả quét gốc tự DPPH dịch chiết giảm (hệ số bậc hai = – 0.07 < 0)  Tăng tỉ lệ dung mơi khả qt gốc tự DPPH dịch chiết giảm (hệ số bậc hai = – 3.01 < 0)  Tăng đồng thời nồng độ dung môi thời gian xạ khả quét gốc tự DPPH dịch chiết tăng  Tăng đồng thời nồng độ dung môi thời gian chiết khả quét gốc tự DPPH dịch chiết tăng  Tăng đồng thời thời gian chiết thời gian xạ khả quét gốc tự DPPH dịch chiết tăng  Tăng đồng thời nồng độ dung môi tỉ lệ dung mơi khả qt gốc tự DPPH dịch chiết tăng  Tăng đồng thời thời gian xạ tỉ lệ dung mơi khả quét gốc tự DPPH dịch chiết tăng  Tăng đồng thời thời gian chiết tỉ lệ dung mơi khả qt gốc tự DPPH dịch chiết tăng 42 3.5 Kết tối ưu điều kiện chiết từ rễ An xoa Bảng 3.1 Các giá trị thống kê từ thiết kế Box – Behnken cho mơ hình hàm lượng saponins (SC), hiệu suất chiết saponins (SEE), hàm lượng phenolics tổng số (TPC) khả chống oxy hóa (DRSC) dịch chiết từ rễ An xoa SC Statistical values of Constant models β0 Linear β1 β2 β3 β4 Interaction β12 β13 β23 13 β14 2324 β 14 β34 24 Quadratic 34 β11 β22 1133 β 22 β44 33 R2 44 Adjusted R2 P values SEE TPC DRSC RC t ratio RC t RC t RC t 7.98 ratio 12.34 67.93 ratio 12.33 4.80 ratio 23.89 63.86 39.26 1.75 0.94 0.82 1.27 5.43 2.89 2.54 3.94 14.93 7.97 6.97 10.85 5.42 2.89 2.53 3.94 -1.06 0.15 0.14 0.35 -10.57 1.45 1.39 3.43 -14.83 0.74 0.84 2.49 -18.23 0.91 1.03 3.07 -0.22 -0.29 0.33 -0.11 1.11 0.57 -0.40 -0.51 0.59 -0.19 1.98 1.02 -1.87 -2.42 2.798 -0.90 9.44 4.85 -0.39 -0.51 0.59 -0.19 1.98 1.02 -0.06 0.12 0.17 0.07 0.24 0.095 -0.36 0.70 0.96 0.42 1.39 0.55 3.05 0.40 0.29 2.64 2.41 -2.23 2.16 0.28 0.20 1.87 1.71 -1.59 0.06 -1.86 -0.55 -0.68 0.87 0.73 0.0019 0.12 -3.83 -1.13 -1.41 0.52 -15.84 -4.68 -5.82 0.87 0.73 0.0019 0.13 -3.83 -1.13 -1.41 -0.96 -0.41 -0.02 -0.43 0.94 0.86