4.1.1. Phân tích đánh giá các thành phần nguyên liệu lá tía tô
Để lựa chọn được nguyên liệu thích hợp nhất cho mục đích chiết tách các hoạt chất chống oxy hóa từ cây tía tô, chúng tôi tiến hành phân tích các thành phần chính của lá tía tô lấy từ các vùng nguyên liệu: Lào Cai, Hà Giang, Bắc Giang, Bắc Ninh, Hưng Yên, và khu vực Hà Nội. Hàm lượng các thành phần chính trong nguyên liệu tía tô được thể hiện ở bảng 4.1
Bảng 4.1. Hàm lượng các thành phần chính trong nguyên liệu lá tía tô
Nguồn gốc
nguyên liệu Độ ẩm, %
Hàm lượng thành phần (tính theo chất khô), %
Tinh dầu Polyphenol tổng Flavonoid tổng
Thường Tín, Hà Nội 80,3ab 0,52de 1,58cd 0,33bcd
Đông Dư, Hà Nội 79,7abc 0,65cd 1,64bcd 0,34abcd
Đông Anh, Hà Nội 81,8a 0,76c 1,95a 0,41a
Võ Cường, Bắc Ninh 78,2abc 0,24f 1,42d 0,27d
Vạn Hòa, Lào Cai 82,1a 1,28a 1,83ab 0,38ab
Ngọc Hà, Hà Giang 75,6bc 1,03b 1,76abc 0,36abc
Tân Yên, Bắc Giang 82,1a 0,59d 1,53cd 0,32bcd
Văn Lâm, Hưng Yên 74.9c 0,47e 1,49d 0,30cd
Những số có chữ số mũ khác nhau trong cùng một cột thì khác nhau có nghĩa ở mức ý nghĩa α = 5%)
Từ kết quả thu được tại bảng 4.1, cho thấy hàm lượng các thành phần chính trong nguyên liệu lá tía tô có sự khác biệt khá lớn ở các vùng nguyên liệu khác nhau. Xử lý số liệu thống kê cho thấy hàm lượng các chất chống oxy hóa (polyphenol tổng, flavonoid tổng) trong các vùng nguyên liệu lá tía tô có sự khác biệt khá lớn (p<0,0001). Qua đó, chúng tôi lựa chọn được nguyên liệu lá tía tô thích hợp nhất cho mục đích thu nhận các hoạt chất chống oxy hóa là vùng nguyên liệu Đông Anh, Hà Nội vì có hàm lượng các chất chống oxy hóa cao nhất, đồng thời thuận tiện cho việc lấy mẫu phục vụ thí nghiệm.
4.1.2. Kết quả các thành phần cơ lý của nguyên liệu lá tía tô
Việc xác định các thành phần cơ lý và sự phân bố tinh dầu và các hoạt chất chống oxy hóa trong các phần của nguyên liệu lá tía tô sẽ giúp ta xác định
các phần có giá trị cao từ đó đề ra phương án xử lý nguyên liệu trước khi chiết tách.
Nguyên liệu lá tía tô đã được lựa chọn (vùng Đông Anh, Hà Nội) được thu mua bao gồm: lá và cành. Phần cành sẽ được loại bỏ. Phần lá nguyên được tách phiến lá và cuống lá riêng để tiến hành cân và xác định hàm lượng các chất chống ôxy hóa trong mỗi bộ phận. Kết quả thể hiện ở bảng 4.2.
Bảng 4.2. Thành phần cơ lý và hàm lượng các chất chống ôxy hóa trong thành phần của lá tía tô
Thành phần Tỉ lệ,% Độ ẩm, % Hàm lượng polyphenol tổng, % Hàm lượng flavonoid tổng, % Phiến lá 63,6 84,4a 2,71a 0,57a Cuống lá 36,4 77,2c 0,62c 0,13c Toàn lá 100 81,8b 1,95b 0,41b
Những số có chữ số mũ khác nhau trong cùng một cột thì khác nhau có nghĩa ở mức ý nghĩa α = 5%)
Kết quả thí nghiệm cho thấy, các chất chống oxy hóa: polyphenol và flavonoid tập trung nhiều hơn nhiều trong phần phiến lá tía tô so với phần cuống lá. Tuy nhiên, trong thực tế sản xuất người ta thường không tách riêng chúng mà sử dụng nguyên lá cho việc thu nhận các hoạt chất chống oxy hóa.
4.2. KẾT QUẢ CHẾ ĐỘ XỬ LÝ NGUYÊN LIỆU THÍCH HỢP CHO QUÁ TRÌNH CHIẾT TÁCH CÁC HOẠT CHẤT CHỐNG ÔXY HÓA TỪ LÁ TRÌNH CHIẾT TÁCH CÁC HOẠT CHẤT CHỐNG ÔXY HÓA TỪ LÁ TÍA TÔ
4.2.1. Kết quả ảnh hưởng của nhiệt độ sấy đến quá trình chiết tách các hoạt chất chống ôxy hóa từ lá tía tô chất chống ôxy hóa từ lá tía tô
Trong số các chất chống oxy hóa có trong lá tía tô, các hợp chất màu anthocyanin là những hợp chất kém bền nhất dưới tác dụng của nhiệt độ cao. Do vậy, cần phải xác định nhiệt độ sấy lá tía tô sao cho vừa tạo điều kiện thuận lợi cho quá trình sấy, quá trình bảo quản và chiết tách các chất chống oxy hóa, vừa hạn chế tối đa sự biến tính các hợp chất anthocyanin. Lá tía tô được dải mỏng, đều trong khay sấy, đặt trong thiết bị sấy đối lưu (có quạt gió), được sấy tại các mức nhiệt độ 50, 60, 70, 80 và 900C. Quá trình sấy kết thúc khi độ ẩm của nguyên liệu đạt mức 15%. Kết quả khảo sát được thể hiện trên hình 4.1.
Hình 4.1. Ảnh hưởng của nhiệt độ sấy đến hiệu suất chiết tách các hoạt chất chống oxy từ lá tía tô
(Chú thích: Những cột có màu giống nhau có các chữ cái khác nhau thì khác nhau có nghĩa ở mức ý nghĩa α = 5%) (phụ lục )
Từ các kết quả thu được cho thấy, khi nhiệt độ sấy ≤ 80°C, hiệu suất chiết tách các chất oxy hóa từ lá tía tô thay đổi không đáng kể mà chỉ có sự khác biệt về thời gian sấy. Khi nhiệt độ sấy tới 900C, hiệu suất chiết tách giảm mạnh do tại nhiệt độ này các chất oxy hóa, nhất là anthocyanin đã bị biến tính vì nhiệt. Ở nhiệt độ sấy 80°C, hiệu suất chiết tách đạt cao nhất, chất lượng nguyên liệu được đảm bảo, thời gian sấy ngắn nhất so với sấy ở nhiệt độ sấy 50 - 700C, do vậy, xét thêm về hiệu quả kinh tế, chúng tôi lựa chọn nhiệt độ thích hợp nhất cho quá trình sấy lá tía tô là 800C. Kết quả này phù hợp với công bố của Hà Thị Mỹ Chi và Ngô Đại Nghiệp (2013) khi sấy lá tía tô làm nguyên liệu thu nhận các chất kháng oxi hóa.
4.2.2. Kết quả ảnh hưởng của độ ẩm nguyên liệu sau khi sấy đến quá trình chiết tách các hoạt chất chống ôxy hóa từ lá tía tô chiết tách các hoạt chất chống ôxy hóa từ lá tía tô
Độ ẩm nguyên liệu sau khi sấy có ảnh hưởng lớn tới quá trình thu nhận các chất oxy hóa từ lá tía tô. Nếu độ ẩm nguyên liệu cao sẽ gây khó khăn cho quá trình nghiền và bảo quản nguyên liệu, cũng như quá trình trích ly các hoạt chất từ nguyên liệu. Nếu độ ẩm thấp quá, quá trình sấy quá dài, thời gian nguyên liệu tiếp xúc với nhiệt quá lâu sẽ ảnh hưởng tới chất lượng nguyên liệu (do sự biến
tính các hợp chất chống oxy hóa). Mặt khác, nguyên liệu quá khô sẽ cản trở việc thẩm thấu dung môi vào trong nguyên liệu, hiệu suất chiết tách sẽ giảm. Do vậy, việc xác định độ ẩm nguyên liệu sau khi sấy thích hợp cho quá trình chiết tách các chất oxy hóa từ lá tía tô là việc làm cần thiết. Trong thí nghiệm này chúng tôi khảo sát độ ẩm nguyên liệu sau khi sấy ở các mức: 8, 12, 15 và 18%. Kết quả được trình bày tại hình 4.2.
Hình 4.2. Ảnh hưởng của độ ẩm nguyên liệu sau khi sấy đến quá trình chiết tách các chất chống ôxy hóa từ lá tía tô
(Chú thích: Những cột có màu giống nhau có các chữ cái khác nhau thì khác nhau có nghĩa ở mức ý nghĩa α = 5%) (phụ lục )
Từ kết quả thu được cho thấy độ ẩm nguyên liệu sau khi sấy có ảnh hưởng đến hiệu suất chiết các chất chống oxy hóa từ lá tía tô (p<0,05). Độ ẩm nguyên liệu sau sấy 8% cho hiệu suất thu nhận thấp nhất do thời gian sấy quá dài nguyên liệu tiếp xúc với nhiệt lâu gây biến tính các hợp chất chống oxy hóa có trong nguyên liệu, đồng thời nguyên liệu quá khô sẽ cản trở việc thẩm thấu dung môi vào trong nguyên liệu. Độ ẩm nguyên liệu sau sấy 12% cho hiệu suất chiết các chất chống oxy hóa là cao nhất và có xu hướng giảm ở độ ẩm 15, 18% do độ ẩm nguyên liệu cao ảnh hưởng đến quá trình khuếch tán các chất hòa tan vào dung môi. Từ đó, chúng tôi lựa chọn độ ẩm nguyên liệu sau khi sấy thích hợp nhất cho quá trình chiết tách các chất chống oxy hóa từ lá tía tô là 12% cho các thí nghiệm tiếp theo.
4.2.3. Kết quả ảnh hưởng của độ mịn nguyên liệu sau khi sấy đến quá trình chiết tách các hoạt chất chống ôxy hóa từ lá tía tô chiết tách các hoạt chất chống ôxy hóa từ lá tía tô
Thông thường khi chiết tách các chất chống oxy hóa từ nguyên liệu tươi sẽ cho hiệu suất và chất lượng cao nhất. Nhưng trong thực tế sản xuất, việc thu hoạch lá phải theo thời vụ nên không thể đưa vào sản xuất hết được. Do vậy, nguyên liệu thu hoạch về cần được tích trữ và bảo quản để đưa dần vào sản xuất. Để việc tích trữ và bảo quản nguyên liệu được thuận lợi, nguyên liệu tươi cần được qua công đoạn sấy ở chế độ như đã được nghiên cứu ở trên: nhiệt độ sấy: 800C, độ ẩm nguyên liệu sau khi sấy: 12%. Điều cần lưu ý rằng lá tía tô thu hoạch về cần tránh tuyệt đối ánh nắng mặt trời vì thành phần chất màu anthocynin trong lá tía tô rất dễ bị biến đổi bởi tia tử ngoại. Do vậy, không thể làm khô nguyên liệu bằng cách phơi nắng. Độ mịn nguyên liệu có ảnh hưởng đến quá trình hòa tan khuếch tán dung môi vào nguyên liệu để chiết tách các chất chống oxy hóa. Trong thí nghiệm này, độ mịn nguyên liệu được khảo sát ở các mức: d > 2, 1 ≤ d < 2 và d < 1 mm. Kết quả khảo sát được thể hiện trên hình 4.3
Hình 4.3. Ảnh hưởng của độ mịn nguyên liệu đến quá trình chiết tách các chất chống ôxy hóa từ lá tía tô
(Chú thích: Những cột có màu giống nhau có các chữ cái khác nhau thì khác nhau có nghĩa ở mức ý nghĩa α = 5%) (phụ lục )
Từ kết quả thí nghiệm được biểu diễn trên hình cho thấy, độ mịn nguyên liệu có ảnh hưởng đáng kể đến hiệu suất chiết tách các chất chống oxy hóa từ lá tía tô (p<0,0001). Về nguyên tắc độ mịn của nguyên liệu càng nhỏ thì quá trình
thẩm thấu cũng như khuếch tán các chất hòa tan vào dung môi cho hiệu suất trích lý càng cao. Chúng tôi đã tiến hành thử nghiệm ở kích thước nguyên liệu nhỏ hơn (d < 0,5 mm) nhưng không thành công vì ở kích thước này nguyên liệu quá mịn bị hao hụt nhiều trong khi xay. Độ mịn thích hợp nhất là d < 1mm vì cho hiệu suất chiết tách cao nhất.
4.3. KẾT QUẢ CÁC ĐIỀU KIỆN CÔNG NGHỆ THÍCH HỢP CHO QUÁ TRÌNH CHIẾT TÁCH CÁC HOẠT CHẤT CHỐNG ÔXY HÓA TỪ LÁ TÍA TRÌNH CHIẾT TÁCH CÁC HOẠT CHẤT CHỐNG ÔXY HÓA TỪ LÁ TÍA TÔ
Hiệu quả chiết các hợp chất polyphenol từ thực vật phụ thuộc vào loại dung môi sử dụng, pH môi trường trích ly, tỷ lệ nguyên liệu trên thể tích dung môi, nhiệt độ trích ly, thời gian trích ly, tốc độ khuấy trộn.
4.3.1. Kết quả loại dung môi trích ly thích hợp cho quá trình chiết tách các chất chống ôxi hoá từ lá tía tô chất chống ôxi hoá từ lá tía tô
Hiệu quả chiết các hợp chất polyphenol từ thực vật phụ thuộc vào loại dung môi sử dụng đặc biệt độ phân cực của dung môi. Việc sử dụng duy nhất dung môi có độ phân cực cao như nước hay các dung môi kém phân cực như hexan không cho hiệu quả thu các hợp chất polyphenol cao vì thành phần phenol thực vật rất đa dạng (phân cực và không phân cực). Khi lựa chọn các dung môi cho việc trích ly các sản phẩm dùng trực tiếp hay bổ sung cho thực phẩm và dược phẩm ngoài yếu tố hòa tan còn cần phải lưu ý đến tính độc hại của dung môi, tính kinh tế và dễ kiếm. Methanol và hỗn hợp methanol thường được sử dụng trong các thí nghiệm chiết các hợp chất polyphenol (Kang N. S and Lee J. H, 2011). Tuy nhiên, methanol là dung môi độc với người trực tiếp sản xuất và nếu còn tồn dư trong sản phẩm vì vậy với mục đích chiết tách hợp chất polyphenol từ lá tía tô ứng dụng trong thực phẩm, chúng tôi sử dụng dung môi nước, propanol và ethanol (trong nước) (Hong et al. 2011; Jun et al. 2014) ở các nồng độ: 40, 50, 60, 70 và 95%. Kết quả thí nghiệm được trình bày tại hình 4.4
Từ các kết quả thu được (Hình 4.4) cho thấy dung môi trích ly có ảnh hưởng quan trọng tới quá trình việc chiết tách các chất chống oxy hóa từ lá tía tô. Việc cho nước vào ethanol làm tăng hiệu quả chiết các hợp polyphenol ở dạng glycoside vốn dễ hòa tan trong nước do đó làm tăng hiệu quả chiết các hợp chất phenol từ lá tía tô. Dung môi Ethanol 60% cho hàm lượng polyphenol tổng số và flavonoid tổng cao nhất được lựa chọn. Kết quả này cũng phù hợp với công bố của Hong et al. (2011).
Hình 4.4. Ảnh hưởng của dung môi trích ly đến quá trình chiết tách các chất chống ôxy hóa từ lá tía tô
(Chú thích: Những cột có màu giống nhau có các chữ cái khác nhau thì khác nhau có nghĩa ở mức ý nghĩa α = 5%) (phụ lục )
4.3.2. Kết quả ảnh hưởng của độ pH dung môi đến quá trình chiết tách các chất chống ôxi hoá từ lá tía tô chất chống ôxi hoá từ lá tía tô
Như trên đã nêu một trong những thành phần chất chống oxy hóa chính có trong lá tía tô là chất màu anthocyanin, chất này bền, có màu đỏ và có hoạt tính sinh học cao khi tồn tại trong môi trường axit (pH < 7). Vì vậy, khi chiết tách các hoạt chất sinh học khi có chứa chất màu anthocyanin người ta thường chiết tách trong môi trường axit. Các axit thường được sử dụng để điều chỉnh độ pH của dung môi trích ly là: HCl, acetic và citric. Tuy nhiên, về vấn đề môi trường người ta thường ít sử dụng axit HCl, còn khi sử dụng axit acetic thì thường để lại hương vị khó chịu cho sản phẩm cao chiết, do vậy, chúng tôi lựa chọn axit citric để điều chỉnh độ pH của dung môi trích ly các chất chống oxy hóa từ lá tía tô. Tỷ lệ axit citric bổ sung lần lượt là 1% (pH dung môi 6), 1.5% (pH dung môi 5.2), 2% (pH dung môi 4.4), 2.5% (pH dung môi 3.7). Kết quả thí nghiệm được ghi tại hình 4.5.
Hình 4.5. Ảnh hưởng của pH dung môi trích ly đến quá trình chiết tách các chất chống ôxy hóa từ lá tía tô
(Chú thích: Những cột có màu giống nhau có các chữ cái khác nhau thì khác nhau có nghĩa ở mức ý nghĩa α = 5%) (phụ lục )
Qua kết quả nghiên cứu thu được có thể nhận thấy độ pH của dung môi trích ly có ảnh hưởng lớn đến hiệu suất chiết tách (nhất đối với nhóm chất flavonoid) và chất lượng sản phẩm chiết tách (cao chiết). Từ đồ thị ta thấy khi bổ sung axit citric ở tỉ lệ 2% và 2.5% hiệu suất chiết tách không có sự sai khác ở mức ý nghĩa α = 5%. Chúng tôi lựa chọn độ pH của dung môi thích hợp cho việc chiết tách các chất chống oxy hóa từ lá tía tô khoảng 4,4 (bổ sung 2% axit citric) vì khi tăng thêm axit hiệu suất và chất lượng chiết tách tăng không đáng kể.
4.3.3. Kết quả ảnh hưởng của tỉ lệ khối lượng nguyên liệu/thể tích dung môi và số lần trích ly đến quá trình chiết tách các chất chống ôxi hoá từ lá tía tô và số lần trích ly đến quá trình chiết tách các chất chống ôxi hoá từ lá tía tô
Về mặt lý thuyết, lượng dung môi và số lần trích ly càng lớn thì hiệu suất chiết tách các chất chống oxy hóa càng cao. Tuy nhiên, nếu lượng dung môi và số lần trích ly lớn quá sẽ ảnh hưởng bất lợi tới hiệu quả kinh tế vì có liên quan đến chi phí năng lượng, thiết bị, chi phí dung môi, xử lý loại bỏ bã chiết và vấn đề môi trường. Do vậy, cần xác định lượng dung môi và số lần trích ly thích hợp sao cho vừa đảm bảo nâng cao hiệu suất chiết tách, vừa đảm bảo hiệu quả kinh tế.
Hình 4.6. Ảnh hưởng của tỉ lệ khối lượng nguyên liệu/thể tích dung môi và số lần trích ly đến quá trình chiết tách các hoạt chất chống ôxy hóa từ
lá tía tô
(Chú thích: Những cột có màu giống nhau có các chữ cái khác nhau thì khác nhau có nghĩa ở mức ý nghĩa α = 5%) (phụ lục)
Từ các kết quả thu được (hình 4.6) ta thấy hiệu suất chiết các chất chống oxy hóa tăng dần khi tăng dung môi và tăng số lần trích ly. Ta có các công thức CT3, CT4, CT5 có hiệu suất chiết tách là cao nhất và sự sai khác không có ý