Thí nghiệm ảnh hưởng của điều kiện chiết xuất (loại dung môi, tỷ lệ nguyên liệu/dung môi, thời gian chiết, nhiệt độ chiết và số lần chiết) với sự hỗ trợ siêu âm đến hoạt tính sinh học[r]
(1)ẢNH HƯỞNG CỦA ĐIỀU KIỆN CHIẾT XUẤT VỚI SỰ HỖ TRỢ SIÊU ÂM ĐẾN HOẠT TÍNH CHỐNG OXY HĨA CỦA DỊCH CHIẾT
TỪ CỦ HÀNH TÍM (Allium ascalonicum)
EFFECTS OF ULTRASOUND-ASSISTED EXTRACTION CONDITIONS
ON ANTIOXIDANT ACTIVITY OF EXTRACTS FROM ONION BULBS (Allium ascalonicum) Huỳnh Nguyễn Duy Bảo1, Trần Thị Loan1, Phạm Thị Hiền1
Ngày nhận bài: 05/7/2016; Ngày phản biện thông qua: 17/8/2016; Ngày duyệt đăng: 10/3/2017
TÓM TẮT
Nghiên cứu đánh giá ảnh hưởng điều kiện chiết xuất với hỗ trợ siêu âm đến hoạt tính chống oxy hóa dịch chiết từ củ hành tím (Allium ascalonicum) dựa vào hoạt tính khử gốc tự DPPH tổng năng lực khử Kết nghiên cứu cho thấy loại dung môi, tỷ lệ nguyên liệu/dung môi, thời gian nhiệt độ chiết có ảnh hưởng đến hoạt tính chống oxy hóa dịch chiết từ củ hành tím Nghiên cứu xác định điều kiện thích hợp để thu dịch chiết có hoạt tính chống oxy hóa cao dùng nước cất với tỷ lệ 10 ml/g hành củ chiết xuất 15 phút 40oC.
Từ khóa: Hành tím (Allium ascalonicum), hoạt tính khử gốc tự do, tổng lực khử, hoạt chất sinh học
ABSTRACT
This study evaluated the infl uence of ultrasound assisted extraction conditions on antioxidant activity of onion bulbs (Allium ascalonicum) extracts through DPPH free radical scavenging activity and total reducing power The results showed that extraction solvents, onion bulbs-to-solvent ratio, extraction time and extraction temperature affected the antioxidant activity of onion extracts The best condition to produce an extract with high antioxidant activity was achieved by using distilled water in a ratio of 10 ml/g onion bulbs, at 40°C in a 15 minunte time frame
Keywords: Onion (Allium ascalonicum), radical scavenging activity, total reducing power, bioactive compounds
1 Khoa Công nghệ thực phẩm - Trường Đại học Nha Trang THOÂNG BÁO KHOA HỌC
I ĐẶT VẤN ĐỀ
Trong năm gần đây, an toàn vệ sinh thực phẩm trở thành vấn đề chung toàn giới Nhiều quy định nghiêm cấm hạn chế sử dụng chất bảo quản, phụ gia tổng hợp bảo quản chế biến thực phẩm chúng gây ảnh hưởng đến sức khỏe người tiêu dùng Bên cạnh đó, người tiêu dùng có xu hướng ngày ưa chuộng
(2)Hành thuộc họ Alliaceae, chi Allium Chúng sử dụng phổ biến khắp nơi giới, chủ yếu dùng làm gia vị chế biến thực phẩm làm thuốc chữa bệnh Hành có chứa hoạt chất sinh học có lợi cho sức khỏe bao gồm sulfur hữu cepaenes thiosulfi nate, fl avonoid quercetin kaempferol, chất màu anthocyanin Những hoạt tính sinh học đáng ý tác dụng kháng khuẩn, kháng nấm, ngăn ngừa ung thu bàng quang, não, vú, đại tràng, phổi, buồng trứng dày, cải thiện chức thận, tăng cường chức miễn dịch, ngăn ngừa tiểu đường, HIV/AIDS, bệnh tim mạch chống oxy hóa [4] Hoạt tính chống oxy hóa in vitro dịch chiết từ năm loài thuộc họ hành, gồm Allium
nevsehirense, A sivasicum, A dictyoprosum, A scrodoprosum A.atroviolaceum, báo cáo [15] Những nghiên cứu sau chứng minh hoạt tính chống oxy hóa dịch chiết từ hành đỏ [13-14] phế liệu chế biến hành [9] Điều cho thấy ứng dụng dịch chiết hành để chống oxy hóa bảo quản thực phẩm, đặc biệt phù hợp với loại thực phẩm có sử dụng hành làm gia vị thịt, cá…
Việt Nam có điều kiện thuận lợi cho trồng loài hành, đặc biệt hành tím trồng phổ biến số tỉnh thành như: thị xã Vĩnh Châu - tỉnh Sóc Trăng, huyện đảo Lý Sơn - tỉnh Quảng Ngãi, huyện Ninh Hải - tỉnh Ninh Thuận, huyện Gị Cơng - tỉnh Tiền Giang, huyện Ba Tri - tỉnh Bến Tre, huyện Duyên Hải - tỉnh Trà Vinh thành phố Bạc Liêu - tỉnh Bạc Liêu Tuy nhiên, nghiên cứu hoạt chất sinh học hành Việt Nam hạn chế, hầu hết nghiên cứu để ứng dụng vào chữa bệnh cho người động vật [1-3]
Mặc dù có nghiên cứu chiết xuất hoạt chất sinh học từ hành khả ứng dụng vào thực phẩm bị hạn chế dư lượng dung mơi chiết cịn lại dịch chiết chế phẩm sinh học thu gây an toàn thực phẩm Để giải vấn đề trên, nghiên cứu tiến hành xác định
ảnh hưởng điều kiện chiết xuất hoạt chất sinh học chống oxy hóa từ củ hành tím theo hướng tiếp cận công nghệ xanh cách sử dụng nước ethanol để chiết với hỗ trợ sóng siêu âm thay cho dung môi chiết độc hại Từ tìm điều kiện chiết xuất hoạt chất sinh học chống từ củ hành tím thích hợp cho ứng dụng thực phẩm
II ĐỐI TƯỢNG, VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
1 Nguyên vật liệu hóa chất
1.1 Nguyên vật liệu
Củ hành tím (Allium ascalonicum) sử dụng nghiên cứu trồng huyện đảo Lý Sơn, Quảng Ngãi Công ty TNHH Hải đảo Lý Sơn phân phối siêu thị BigC, thành phố Nha Trang, tỉnh Khánh Hịa
Hình Củ hành tím (Allium ascalonicum)
1.2 Hóa chất
2,2 diphenyl-1picrylhydrazine (DPPH), Bovine serum albumin (BSA), Folin-Ciocalteu reagent mua từ Công ty Sigma-Aldrich, Hoa Kỳ Các hóa chất cịn lại loại đạt tiêu chuẩn dùng cho phân tích hóa học, mua từ Công ty Loba Chemie, Ấn Độ Công ty Wako, Nhật Bản
2 Phương pháp nghiên cứu
(3)2.1 Thí nghiệm ảnh hưởng loại dung mơi
Mỗi mẫu thí nghiệm lấy 50 g củ hành tím cắt nhỏ đưa đồng hóa với 50 ml dung mơi, loại dung môi khảo sát gồm: nước cất, ethanol 20%, ethanol 40%, ethanol 60%, ethanol 80% ethanol 99,5% Hỗn hợp sau đồng hóa bổ sung thêm dung mơi cho đạt tỷ lệ nguyên liệu/dung môi 1/10 (g/ml) đưa chiết xuất với hỗ trợ sóng siêu âm tần số 20KHz thời gian 10 phút 30 ± 2oC Sau đưa ly tâm 4oC 10 phút với vận tốc 3.000 vòng/phút Sau ly tâm, tách lấy dịch lọc qua giấy lọc Whatman số 1, bổ sung thêm dung môi vào dịch lọc cho đủ 500 ml dịch chiết Các mẫu dịch chiết giữ nhiệt độ khoảng từ - 4oC dùng để phân tích xác định ảnh hưởng loại dung mơi đến hoạt tính chống oxy hóa chọn dung mơi thích hợp cho chiết xuất hoạt chất chống oxy hóa từ hành tím thí nghiệm
2.2 Thí nghiệm ảnh hưởng tỷ lệ nguyên liệu/dung mơi
Mỗi mẫu thí nghiệm lấy 50 g củ hành tím cắt nhỏ đưa đồng hóa với 50 ml dung mơi thích hợp Hỗn hợp sau đồng hóa bổ sung thêm dung mơi cho đạt tỷ lệ nguyên liệu/dung môi sau: 1/5, 1/10, 1/15, 1/20 1/25 (g/ml) đưa chiết xuất với hỗ trợ sóng siêu âm tần số 20KHz thời gian 10 phút 30 ± 2oC Sau đưa ly tâm 4oC 10 phút với vận tốc 3.000 vòng/phút Sau ly tâm, tách lấy dịch lọc qua giấy lọc Whatman số 1, bổ sung thêm dung môi vào dịch lọc cho đủ 1.250 ml dịch chiết Các mẫu dịch chiết giữ nhiệt độ khoảng từ - 4oC dùng để phân tích xác định ảnh hưởng tỷ lệ nguyên liệu/dung môi đến hoạt tính chống oxy hóa chọn tỷ lệ ngun liệu/dung mơi thích hợp cho chiết xuất hoạt chất chống oxy hóa từ hành tím thí nghiệm
2.3 Thí nghiệm ảnh hưởng thời gian chiết
Mỗi mẫu thí nghiệm lấy 50 g củ hành tím cắt nhỏ đưa đồng hóa với 50 ml
dung mơi thích hợp Hỗn hợp sau đồng hóa bổ sung thêm dung mơi cho đạt tỷ lệ ngun liệu/dung mơi thích hợp đưa chiết xuất với hỗ trợ sóng siêu âm tần số 20KHz 30 ± 2oC khoảng thời gian khác nhau: 5, 10, 15, 20 25 phút Sau đưa ly tâm 4oC 10 phút với vận tốc 3.000 vòng/phút Sau ly tâm, tách lấy dịch lọc qua giấy lọc Whatman số 1, bổ sung thêm dung mơi vào dịch lọc cho đủ thể tích dung môi sử dụng để chiết xuất Các mẫu dịch chiết giữ nhiệt độ khoảng từ – 4oC dùng để phân tích xác định ảnh hưởng thời gian chiết đến hoạt tính chống oxy hóa chọn thời gian thích hợp cho chiết xuất hoạt chất chống oxy hóa từ hành tím thí nghiệm
2.4 Thí nghiệm ảnh hưởng nhiệt độ chiết
Mỗi mẫu thí nghiệm lấy 50 g củ hành tím cắt nhỏ đưa đồng hóa với 50 ml dung mơi thích hợp Hỗn hợp sau đồng hóa bổ sung thêm dung môi cho đạt tỷ lệ nguyên liệu/dung môi thích hợp đưa chiết xuất với hỗ trợ sóng siêu âm tần số 20KHz thời gian thích hợp nhiệt độ khác nhau: 10, 20, 30, 40 50oC (dao động nhiệt độ thí nghiệm ± 2oC) Sau đưa ly tâm 4oC 10 phút với vận tốc 3.000 vòng/phút Sau ly tâm, tách lấy dịch lọc qua giấy lọc Whatman số 1, bổ sung thêm dung môi vào dịch lọc cho đủ thể tích dung mơi sử dụng để chiết xuất Các mẫu dịch chiết giữ nhiệt độ khoảng từ - 4oC dùng để phân tích xác định ảnh hưởng thời gian chiết đến hoạt tính chống oxy hóa chọn nhiệt độ thích hợp cho chiết xuất hoạt chất chống oxy hóa từ hành tím thí nghiệm
2.5 Thí nghiệm ảnh hưởng số lần chiết
(4)tần số 20KHz nhiệt độ thích hợp khoảng thời gian thích hợp Sau đưa ly tâm 4oC 10 phút với vận tốc 3.000 vòng/phút Sau ly tâm, tách lấy dịch lọc qua giấy lọc Whatman số Đối với mẫu chiết lần lần, phần bã sau chiết lần chiết tiến hành chiết lại tương ứng lần với thông số cách chiết lần đầu Mẫu chiết lần khơng lặp lại q trình chiết Dịch lọc thu từ lần chiết nhập chung lại bổ sung thêm dung môi cho đủ tổng thể tích dung mơi sử dụng để chiết xuất lần Các mẫu dịch chiết giữ nhiệt độ khoảng từ - 4oC dùng để phân tích xác định ảnh hưởng số lần chiết đến hoạt tính chống oxy hóa chọn số lần chiết thích hợp cho chiết xuất hoạt chất chống oxy hóa từ hành tím
3 Phương pháp phân tích
Hoạt tính chống oxy hóa dịch chiết từ củ hành tím đánh giá dựa vào khả
khử gốc tự DPPH phân tích theo phương pháp [6] dựa vào tổng lực khử phân tích theo phương pháp [10]
4 Phương pháp xử lý số liệu
Số liệu trình bày báo giá trị trung bình lần thí nghiệm Tính giá trị trung bình vẽ đồ thị sử dụng phần mềm Microsoft Excel 2013 Sự khác biệt có ý nghĩa mặt thống kê (p < 0,05) giá trị trung bình phân tích phần mềm thống kê R phiên 2.6.2
III KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN
1 Ảnh hưởng dung môi chiết đến hoạt tính chống oxy hóa dịch chiết từ củ hành tím
Ảnh hưởng dung mơi chiết đến hoạt tính khử gốc tự DPPH tổng lực khử dịch chiết từ củ hành tím thể Hình
Hình Ảnh hưởng dung mơi chiết đến hoạt tính khử gốc tự DPPH (a) tổng lực khử (b) dịch chiết từ củ hành tím
Kết phân tích phương sai dung mơi chiết có ảnh hưởng (P < 0,001) đến hoạt tính khử gốc tự DPPH tổng lực khử dịch chiết từ củ hành tím Hình cho thấy hoạt tính khử gốc tự DPPH tổng lực khử dịch chiết từ củ hành tím giảm (P < 0,05) nồng độ ethanol dung môi chiết tăng từ - 80% Mẫu dịch chiết từ củ hành tím ethanol 80% 99,5% khơng có khác biệt
(5)chống oxy hóa dịch chiết giảm Trong điều kiện thí nghiệm này, dịch chiết từ củ hành tím nước cất có hoạt tính khử gốc tự DPPH tổng lực khử cao nên chọn nước cất làm dung môi để chiết xuất chất chống oxy hóa từ củ hành tím
2 Ảnh hưởng tỷ lệ ngun liệu/dung mơi đến hoạt tính chống oxy hóa dịch chiết từ củ hành tím
Ảnh hưởng tỷ lệ ngun liệu/dung mơi đến hoạt tính khử gốc tự DPPH tổng lực khử dịch chiết từ củ hành tím thể Hình
Kết phân tích phương sai cho thấy tỷ lệ ngun liệu/dung mơi có ảnh hưởng (P < 0,001) đến hoạt tính khử gốc tự DPPH tổng lực khử dịch chiết từ củ hành tím Khi thay đổi tỷ lệ nguyên liệu/dung môi từ 1/5 đến 1/10 làm tăng hoạt tính khử gốc tự DPPH tổng lực khử dịch chiết từ củ hành tím (P < 0,001), hoạt tính khơng tăng thêm (P > 0,05) tỷ lệ nguyên liệu/dung môi thay đổi từ 1/10 đến 1/25 (Hình 3) Điều phù hợp với lý thuyết chiết, tăng tỷ lệ dung môi chiết so với nguyên liệu làm tăng trình khuếch tán nên hiệu suất chiết tăng lên tỷ lệ dung môi chiết đạt giá trị bão hòa lúc tiếp tục tăng tỷ lệ
dung mơi hiệu suất chiết khơng tăng thêm [5] Nghiên cứu xác định tỷ lệ nguyên liệu/dung môi 1/10 thu dịch chiết từ củ hành tím có hoạt tính khử gốc tự DPPH tổng lực khử cao nên chọn tỷ lệ để chiết xuất chất chống oxy hóa từ củ hành tím
3 Ảnh hưởng thời gian chiết đến hoạt tính chống oxy hóa dịch chiết từ củ hành tím
Ảnh hưởng thời gian chiết đến hoạt tính khử gốc tự DPPH tổng lực khử dịch chiết từ củ hành tím thể Hình
Hình Ảnh hưởng thời gian chiết đến hoạt tính khử gốc tự DPPH (a) tổng lực khử (b) dịch chiết từ củ hành tím.
(6)Kết phân tích phương sai cho thấy thời gian chiết có ảnh hưởng (P < 0,001) đến hoạt tính khử gốc tự DPPH tổng lực khử dịch chiết củ hành tím Hoạt tính khử gốc tự DPPH tổng lực khử dịch chiết từ củ hành tím tăng (P < 0,001) tăng thời gian chiết từ phút lên 15 phút, hoạt tính khử gốc tự DPPH tổng lực khử dịch chiết từ củ hành tím giảm đáng kể (P < 0,001) tăng thời gian chiết từ 15 phút lên 25 phút Điều tác dụng sóng siêu âm thời gian chiết xuất dài
làm hoạt tính hợp chất chống oxy hóa có dịch chiết [7] Từ kết chọn thời gian thích hợp cho chiết xuất chất chống oxy hóa từ củ hành tím 15 phút
4 Ảnh hưởng nhiệt độ chiết đến hoạt tính chống oxy hóa dịch chiết từ củ hành tím
Ảnh hưởng nhiệt độ chiết đến hoạt tính khử gốc tự DPPH tổng lực khử dịch chiết từ củ hành tím thể Hình
Hình Ảnh hưởng nhiệt độ chiết đến hoạt tính khử gốc tự DPPH (a) tổng lực khử (b) dịch chiết từ củ hành tím Kết phân tích phương sai
nhiệt độ chiết có ảnh hưởng (P < 0,001) đến hoạt tính khử gốc tự DPPH tổng lực khử dịch chiết từ củ hành tím Trong khoảng nhiệt độ khảo sát nhận thấy khơng có khác biệt (P > 0,05) hoạt tính khử gốc tự DPPH tổng lực khử mẫu dịch chiết từ củ hành tím nhiệt độ 10oC 20oC Hoạt tính khử gốc tự DPPH tổng lực khử dịch chiết từ củ hành tím tăng (P < 0,05) tăng nhiệt độ chiết từ 20oC lên 40oC Tuy nhiên, hoạt tính khử gốc tự DPPH tổng lực khử dịch chiết từ củ hành tím 50oC thấp đáng kể (P < 0,01) so với mẫu chiết xuất khoảng nhiệt độ từ 10 - 40oC Rõ ràng
nhiệt độ chiết tăng làm tăng trình khuếch tán chất tan vào dung môi nên hoạt tính chống oxy hóa dịch chiết thu tăng lên nhiệt độ chiết tăng cao (50oC) làm hoạt tính số hợp chất chống oxy hóa có dịch chiết [8] Từ kết chọn nhiệt độ thích hợp cho chiết xuất chất chống oxy hóa từ củ hành tím 40oC.
5 Ảnh hưởng số lần chiết đến hoạt tính chống oxy hóa dịch chiết từ củ hành tím
(7)Kết Hình cho thấy khơng có khác biệt (P > 0,05) hoạt tính khử gốc tự DPPH tổng lực khử mẫu dịch chiết lần, lần lần Do đó, để chiết xuất hoạt chất chống oxy hóa từ củ hành tím điều kiện cần thực lần chiết
IV KẾT LUẬN
Trong điều kiện chiết xuất với hỗ trợ sóng siêu âm tần số 20KHz, nước cất dung môi thích hợp để chiết xuất hoạt chất chống oxy hóa từ củ hành tím thơng số thích hợp cho chiết xuất điều kiện là:
- Tỷ lệ nguyên liệu/dung môi: 1/10; - Thời gian chiết: 15 phút;
- Nhiệt độ chiết: 40oC; - Số lần chiết: lần Hình Ảnh hưởng số lần chiết đến hoạt tính khử gốc tự DPPH
(a) tổng lực khử (b) dịch chiết từ củ hành tím
TÀI LIỆU THAM KHẢO
Tiếng Việt
1 Nguyễn Thanh Hải, Bùi Thị Tho, 2013 Nghiên cứu tác dụng diệt khuẩn in vitro dịch chiết tỏi (Allium sativum L.) E coli gây bệnh E.coli kháng ampicillin, kanamycin Tạp chí Khoa học Phát triển, 11(6), 804-808
2 Lê Thị Hương Hà, 2012 Nghiên cứu tách chiết khảo sát hoạt tính kháng khuẩn - chống oxy hóa cao dịch chiết từ củ hành tăm (Allium schoenoprasum) Luận văn thạc sỹ, Trường Đại học Nha Trang
3 Trần Hồng Thủy, Nguyễn Trung Tính, Trần Ngọc Thiên Kim, Nguyễn Thành Nhân, 2013 Bước đầu nghiên cứu
tác dụng diệt khuẩn tỏi (Allium sativum L.) điều trị bệnh Aeromonas hydrophila ếch Thái Lan (Rana tigerina) Tuyển tập Hội nghị Khoa học trẻ Ngành Thủy sản toàn quốc lần thứ IV Thành phố Hồ Chí Minh, ngày 6-7/6/2013, 482–488
Tiếng Anh
4 Corzo-Martínez, M., Villamiel, M., 2012 An overview on bioactivity of onion In: Onion consumption and health, Editors: Aguirre, C B et al Nova Science Publishers, Inc
5 Esclapez, M D., García-Pérez, J V., Mulet, A., Cárcel, J A., 2011 Ultrasound-Assisted Extraction of Natural Products Food Engineering Reviews, 3: 108
(8)7 Golmohamadi, A., Möller, G., Powers, J., Nindo, C., 2013 Effect of ultrasound frequency on antioxidant activity, total phenolic and anthocyanin content of red raspberry puree Ultrasonics Sonochemistry, 20(5): 1316–1323
8 Hwang, E S., Nhuan, D T., 2014 Effects of Extraction and Processing Methods on Antioxidant Compound Contents and Radical Scavenging Activities of Laver (Porphyra tenera) Preventive Nutrition and Food Science, 19(1): 40-48
9 Khiari., Z., Makris., D P., 2012 Stability and transformation of major fl avonols in onion (Allium cepa) solid wastes Journal of Food Science and Technology, 49(4): 489-494
10 Oyaizu, M., 1986 Studis on products of browning reations: autioxidative activities of products of browning reaction prepared from glucosamine Japanese Journal of Nutrition, 44: 307–315
11 Rhodes, M., Price, K., 1996 Analytical problems in the study of fl avonoid compounds in onions Food Chemistry, 57(1): 113–117
12 Rice-Evans, C., Miller, N., Bolwell, P., Bremley, P., Pridham, J., 1995 The relative antioxidant activities of plant-derived polyphenolic fl avonoids Free Radical Research, 22(4): 375-383
13 Santas, J., Almajano, M P., Carbó R., 2010 Antimicrobial and antioxidant activity of crude onion (Allium cepa, L.) extracts International Journal of Food Science & Technology, 45(2), 403-409
14 Škerget, M., Majhenič, L., Bezjak, M., Knez, Ž., 2009 Antioxidant, radical scavenging and antimicrobial activities of red onion (Allium cepa L.) skin and edible part extracts Chemical and Biochemical Engineering Quarterly, 23: 435-444