CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN TÀI LIỆU
1.4. Ảnh hưởng của các yếu tố công nghệ đến hiệu suất trích ly và chất lượng
sản phẩm
Những nghiên cứu trên thế giới về chiết tách polyphenol chè nhìn chung cũng
tập trung chủ yếu đến việc tìm hiểu ảnh hưởng của các yếu tố công nghệđến hiệu suất trích ly và chất lượng của sản phẩm thu được (hoạt tính kháng oxi hóa, kháng khuẩn của dịch chiết/chất chiết polyphenol).
1.4.1. Ảnh hưởng của dung môi và nồng độ dung môi
Việc lựa chọn dung môi có thể ảnh hưởng đến cả loại và hàm lượng các hợp chất phenol chiết tách được. Độ hòa tan của các hợp chất phenol chịu ảnh hưởng lớn bởi độ phân cực của dung môi sử dụng. Trong chiết xuất các hợp chất phenol, các
dung môi có độ phân cực cao như nước hoặc ít phân cực như chlorofom hay hexane thường không cho hiệu suất thu hồi cao.[46] Dung môi nước tuy an toàn nhưng thường làm cho dịch chiết có lượng tạp chất lớn, gây khó khăn cho việc làm sạch về sau. Nếu quá trình chiết hướng tới nhiều loại hợp chất khác nhau cùng tồn tại trong vật liệu, người ta thường sử dụng hỗn hợp các loại dung môi để tạo ra một dung dịch có độ
phân cực trung bình. Điều này cho phép cải thiện hiệu suất trích ly đối với tổng thể các hợp chất đích.[46] Trong chiết tách các hợp chất phenolic chè, dung môi thường được
sử dụng là methanol, ethanol, acetone, diethyl ether và ethyl acetate. Tuy nhiên các
acid có độ phân cực cao (benzoic, cinnamic acid) có thể không được chiết hoàn toàn với các dung môi hữu cơ nguyên chất mà hỗn hợp của alcohol – nước hoặc acetone –
nước thường được yêu cầu.[36] Các dung môi ít phân cực như dichloromethane, chloroform, hexane và benzene thường phù hợp để tách các tạp chất như sáp, sterol và chlorophyll từ nguyên liệu thực vật.[67]
Các hợp chất phenol ở dạng glycoside (tan nhiều trong nước) nhìn chung thường được tách bởi hỗn hợp nước với methanol, ethanol hoặc acetone.[60] Ngược lại, các hợp chất phenol ít phân cực hơn (dạng aglycone) như isoflavone, flavanone và flavonol thường tan hơn trong các dung môi kỵ nước.[24] Độ hòa tan của catechin (nhóm flavanol) trong dung môi phân cực được tăng cường với việc xử lý nhiệt trung bình, do đó làm tăng hiệu suất trích ly. Bên cạnh đó, hiệu suất này cũng được cải thiện với việc áp dụng các biện pháp như khuấy đảo, lắc hay kết hợp tác động siêu âm.[36]
Nhiều nghiên cứu đã được tiến hành về chủ đề này, Nihal và cộng sự[53] đã sử
dụng nước, ethanol, methanol và dimethyl formamide (DMF) (dung môi hữu cơ được sử dụng ở 50%, 80% và 100% v/v) trong trích ly chè đen và chè cây nhựa ruồi (Ilex paraguariensis). Kết quả chỉ ra rằng, loại dung môi và nồng độ dung môi có ảnh hưởng lớn đến hiệu suất thu hồi polyphenol cũng như khảnăng kháng oxi hóa của dịch chiết.
Đối với chè đen, dung môi DMF 50% cho hiệu suất trích ly polyphenol cao nhất trong khi với chè nhựa ruồi dung môi tốt nhất là acetone 50% (v/v). Về hoạt tính kháng oxi hóa, dịch chiết chè đen có hoạt tính này cao nhất với dung môi acetone 50% (v/v) trong khi ethanol 50% (v/v) lại cho kết quả tốt nhất với dịch chiết chè nhựa ruồi.
Tương tự, Perva- Uzunalic và cộng sự[55] cũng kết luận, acetone 50% hiệu quả
nhất trong chiết tách các hợp chất catechin và proanthocyanidins trong chè xanh khi so sánh giữa acetone, methanol, ethanol, acetonitrile ở các nồng độ 25%, 50%, 80% và 100%. Hiệu suất trích ly catechin bằng acetone 50% cao gấp 2,7 lần so với trích ly bằng nước ở nhiệt độ sôi.
Đánh giá hiệu suất trích ly catechin và caffeine từ chè xanh khi sử dụng hệ
dung môi ethanol/nước (25%, 50%, 75% và ethanol tuyệt đối), Hu và cộng sự[38] cũng
nhận thấy, hiệu suất này cao nhất ở hệ ethanol/nước 50% (v/v). Bên cạnh đó, khi
[64] còn chỉ ra rằng, loại dung môi không những ảnh hưởng đến hiệu suất trích ly polyphenol mà còn ảnh hưởng đến hoạt tính kháng khuẩn của dịch chiết. Cụ thể, acetone 50% có hiệu quảức chế tốt nhất đối với S. aureus, H. alvei, Y. enterocolica và L. monocytogens khi so sánh với ethanol, methanol và dimethyl formamide ở cùng nồng độ 50%. Đặc biệt, chất chiết dimethyl formamide 50% có hiệu quả tốt đối với S. aureus, Y. enterocolica và L. monocytogens nhưng không có tác dụng với H. alvei.
Cùng nghiên cứu vấn đề này nhưng trên đối tượng chè đen, Nihal và cộng sự
[54] cũng kết luận rằng, khảnăng kháng khuẩn của dịch chiết phụ thuộc vào dung môi sử dụng và chủng vi khuẩn thử nghiệm. Trong 6 chủng vi khuẩn nghiên cứu (S. aureus, Y. enterocolica, L. monocytogens, H. alvei, B. cereus và E. coli O157:H7) thì S. aureus tỏ ra nhạy cảm nhất đối với dịch chiết chè đen.
1.4.2. Ảnh hưởng của nhiệt độ trích ly
Cacace và mazza [25] đã chỉ ra rằng, hiệu suất trích ly polyphenol được tăng
cường khi tăng nhiệt độ trích ly. Nhiệt độ cao làm giảm độ nhớt của dung môi, tăng
tính bán thấm của thành tếbào, tăng độ hòa tan và hệ số khuếch tán của chất cần chất
ly. Do đó có thể cải thiện được năng suất chiết [32].
Tuy vậy, polyphenol rất không ổn định và bị phá hủy ở nhiệt độ cao.[37] Perva- Uzunalic và cộng sự [55] đã chỉ ra rằng, hiệu suất chiết tách catechin chè với nước đã
giảm khi tăng nhiệt độ chiết từ 80 lên 950C. Thời gian chiết thích hợp với hai mức
nhiệt độ trên là 20 phút và 10 phút tương ứng. Ngoài ra, quá trình oxi hóa và epimer
hóa các catechin chè cũng diễn ra ở nhiệt độ trích ly cao.[36]Điều này cho thấy, yếu tố
nhiệt độ không những ảnh hưởng đến hàm lượng polyphenol chiết tách được mà còn
ảnh hưởng đến thành phần polyphenol và có thể cả hoạt tính sinh học của nước chiết. Nhìn chung trong trích ly polyphenol, nhiệt độ trích ly thường phải giới hạn dưới nhiệt
độ sôi của dung môi (hữu cơ) còn trong trích ly bằng nước, nhiệt độ khuyến cáo thường nằm trong khoảng 80 - 950C.[55][62]
1.4.3. Ảnh hưởng của thời gian trích ly
Đây là một trong các yếu tố không những ảnh hưởng đến hiệu suất thu hồi polyphenol mà còn ảnh hưởng đến chất lượng của dịch chiết và hiệu quả kinh tế của quá trình. Thời gian trích ly ngắn sẽ làm giảm hiệu suất, ngược lại nếu thời gian quá dài sẽ gây tốn kém và có thểlàm tăng nguycơ oxi hóa các hợp chất polyphenol.[50]
Perva-Uzunalic và cộng sự [55] cũng chỉ ra rằng, với dung môi nước, hiệu suất thu hồi catecchin chè giảm mạnh khi kéo dài thời gian chiết quá 20 phút ở nhiệt độ 80 0C và quá 10 phút ở 95 0C.
Ngược lại, trong dung dịch ethanol 40% được acid hóa bằng 2% phosphoric acid, Choung và Lee [29] không nhận thấy có sự khác biệt có ý nghĩa thống kê về hiệu suất chiết tách catechin tổng sốcũng như EGCG trong thời gian từ0,5 h đến 24 h (chiết ở 25 0C).
Ngoài ra, Labbé và cộng sự [43]
còn cho thấy, cặp nhiệt độ và thời gian trích ly có ảnh hưởng lớn đến hiệu suất tách các catechin thành phần. Cụ thể, nhiệt độ 500C trong 20 - 40 phút cho kết quả tốt nhất để thu hồi EGC và EC, 90 0C trong 80 phút là tối ưu với nhóm C, EGCG, GCG và ECG và để trích ly cafein, nhiệt độ 70 – 80 0C trong 20 - 40 phút là thích hợp hơn cả.
1.4.4. Ảnh hưởng của pH
Việc acid hóa dung môi chiết có thể có tác dụng đến độ ổn định của các hợp chất phenol như anthocyanin,[61] ảnh hưởng đến độ hòa tan của các polyme có thể thủy phân như lignin, hydroxycinnamic và procyanidin.[50] Bên cạnh đó nó cũng có thể làm yếu cấu trúc thành tế bào, từ đó giúp quá trình hòa tan các hợp chất phenol được dễ dàng hơn. Ngoài ra, do polyphenol là các hợp chất khử mạnh nên trong môi trường acid thấp nó sẽđược bảo vệ tốt hơn.
Tuy nhiên, Malgorzata và cộng sự [48] lại kết luận, hoạt tính kháng oxi hóa của cả7 catechin chè xanh đều tăng cùng với sựtăng pH của môi trường (khoảng khảo sát pH từ 2 đến 10) và hoạt tính này của các catechin ở dạng ester gallate cao hơn dạng không có nhóm galloyl.
1.4.5. Ảnh hưởng của tỷ lệ dung môi/nguyên liệu
Tỷ lệ dung môi/nguyên liệu cũng ảnh hưởng đến hiệu suất thu hồi polyphenol. Tỷ lệ này càng cao tức nồng độ chất cần trích ly trên bề mặt pha rắn càng thấp. Do đó,
chênh lệch gradient nồng độ giữa bên trong và bề mặt vật liệu rắn càng cao và làm
tăng sự khuếch tán của chất tan từ vật liệu ra môi trường hay làm tăng hiệu suất trích ly. Tuy vậy, tỷ lệ dung môi/nguyên liệu cao sẽ gây tốn kém và gây khó khăn cho quá
trình tinh chế về sau. Trong trích ly các hợp chất polyphenol, các nghiên cứu thường
1.4.6. Quy trình trích ly polyphenol từ chè xanh
Nguyên tắc cơ bản là sử dụng dung môi hòa tan tốt polyphenol nhưng ít hòa tan các chất khác không mong muốn như chất màu, protein, chất sáp… Nhìn chung, quy
trình này gồm 4 công đoạn chính:
- Sử dụng dung môi/nước trích ly polyphenol từ nguyên liệu chè đã được nghiền nhỏ.
- Loại bỏ chất màu, cafein…bằng các dung môi thích hợp (chloroform,
dichloromethan…).
- Chuyển pha ethyl acetate để thu hồi catechin.
- Đuổi dung môi ethyl acetate và sấy đông khô để thu hồi bột polyphenol. Row và Jin [108]đã đề xuất quy trình sản xuất bột polyphenol chè xanh.
1.5. Giới thiệu một số loài vi khuẩn và các phương pháp đánh giá hoạt tính kháng
khuẩn