Chương 1 TỔNG QUAN TÀI LIỆU
1.4. Tình hình nghiên cứu thu nhận và ứng dụng các hợp chất có hoạt tính từ vỏ quả
1.4.1. Tình hình nghiên cứu thu nhận và ứng dụng các hợp chất có hoạt tính từ vỏ
1.4.1. Tình hình nghiên cứu thu nhận và ứng dụng các hợp chất có hoạt tính từ vỏ quả măng cụt trên thế giới hoạt tính từ vỏ quả măng cụt trên thế giới
Từ xa xưa vỏ quả măng cụt đã được dân gian sử dụng như một loại thảo dược trong điều trị các bệnh về đường ruột. Đến nay, rất nhiều cơng trình nghiên cứu đã được công bố, chủ yếu tập trung vào phân tích thành phần, thu nhận các hoạt chất, đánh giá hoạt tính và thử nghiệm ứng dụng các hoạt chất măng cụt trong nhiều lĩnh vực đã được cơng bố. Các nhóm hợp chất phenolic (polyphenol) điển hình như xanthon, tanin, anthocyanin, … được chiết xuất và phân lập từ vỏ quả măng cụt, trong đó hầu hết các chiết xuất này được chứng minh có nhiều hoạt tính sinh học mạnh như hoạt tính chống oxy hố, kháng một số vi sinh vật kiểm định, …, có thấy tiềm năng ứng dụng trong nhiều lĩnh vực khác nhau đặc biệt trong y dược. Một vài nghiên cứu cho thấy tiềm năng ứng dụng chiết xuất măng cụt trong lĩnh vực khoa học thực phẩm như bổ sung vào một số sản phẩm thực phẩm chức năng, nước hoa quả, sữa chua, mứt hoa quả, sản xuất thức ăn chăn nuôi, tạo màng bảo quản thực phẩm, v.v….[77].
1.4.1.1. Các hợp chất xanthon
Hợp chất xanthon có phổ biến trong vỏ quả măng cụt, hàm lượng ước tính khoảng 6,6% chất khô [27], thành phần đa dạng với hơn 68 xanthon đã được phân lập [11]. Trong đó α- và γ-mangostin được xác định là những xanthon chính, chiếm phần lớn trong các chiết xuất từ vỏ quả măng cụt. Tiếp sau đó là các xanthon khác như: β- mangostin; gartanin; 8-Deoxygartanin, mangostanin, 7-O-Dimethyl mangostanin, garcixanthone A, B, C; garcinone -C, E; 1,3,6-trihydroxy-2-(3- methylbut-2-enyl)-8-(3-formyloxy-3-methylbutyl)–xanthone; mangostanaxanthone III, IV, V, VI và VII, v.v… Các loại xanthon này được đánh giá là có nhiều hoạt tính như kháng khuẩn, kháng viêm, chống oxy hố và nhiều hoạt tính khác [11].
Để thu nhận được các hợp chất xanthon các nhà nghiên cứu đã sử dụng nhiều phương pháp khác nhau, tiêu biểu như phương pháp ngâm chiết thông thường trong các dung môi hữu cơ, ngâm chiết có sự hỗ trợ của sóng siêu âm; chiết bằng CO2 siêu tới hạn, …. Hầu như các kỹ thuật thu nhận từ đơn giản như trích ly bằng dung mơi hữu cơ truyền thống [56, 68, 78] đến các kỹ thuật mới, hiện đại như trích ly bằng dung mơi siêu tới hạn [79], kỹ thuật trích ly hỗ trợ siêu âm [56, 60, 78], vi sóng [67, 68] đều đã được áp dụng để tách chiết xanthon. Các nghiên cứu cho thấy kỹ thuật trích ly bằng dung mơi được áp dụng phổ biến để chiết xanthon từ vỏ quả măng cụt, tuy nhiên thời gian trích ly kéo dài trong nhiều giờ hoặc đòi hỏi nhiệu độ cao (40oC tới 80oC), thậm chí có nghiên cứu cịn thực hiện ở 160oC. Dung môi được sử dụng phổ biến nhất là ethanol với nồng độ khác nhau (50% đến 95% v/v). Việc áp dụng các kỹ thuật hỗ trợ siêu âm, vi sóng, … đã mang lại hiệu quả cao trong thu nhận các hoạt chất xanthon, rút ngắn thời gian trích ly, tiết kiệm dung môi, thân thiện với môi trường và bảo tồn được hoạt tính [80], ngồi ra có thể thiết kế hệ thống chiết và phân lập tự động, liên tục, thu được nhiều hợp chất mục tiêu và ứng dụng quy mô công nghiệp [60]. Các chiết xuất xanthon thu được từ vỏ quả măng cụt được đánh giá có hoạt tính chống oxy hóa, kháng u, chống dị ứng, chống viêm, kháng khuẩn, kháng nấm và kháng vi-rút [4], có tiềm năng ứng dụng trong nhiều lĩnh vực do các đặc tính sinh học cao của nó. Trong đó đặc biệt lĩnh vực y học, chúng có tác dụng chống đái tháo đường, chống tăng lipid máu, chống xơ vữa động mạch, kháng khuẩn, chống ung thư, bảo vệ tim, chống viêm, chống vi rút, điều hoà miễn dịch, … [8]. Chiết xuất α-, β-, γ-mangostin và gartanin từ vỏ quả măng cụt có khả năng làm giảm nếp nhăn da do tia UVB gây ra, trong đó α-mangostin có tác dụng mạnh hơn cả [9]. Gần đây, các chiết xuất xanthon măng cụt còn được nghiên cứu về tiềm năng ứng dụng trong thuốc điều trị các bệnh viêm nhiễm liên quan đến hệ thần kinh, viêm khớp, ung thư và hệ tiêu hoá [10, 11]. Trong số các xanthon măng cụt, α-mangostin là một xanthon chính được phân lập đầu tiên từ vỏ quả măng cụt, cơng thức cấu tạo mơ tả trên Hình 1.2 [81], hàm lượng 0,02 ÷0,2 % chất
khơ [27], có ý nghĩa quan trọng tạo nên các hoạt tính tự nhiên của các chiết xuất từ vỏ quả măng cụt [82, 83] và được nghiên cứu tồn diện nhất cả về cấu trúc, đặc tính cũng như khả năng ứng dụng.
Hình 1.2. Cơng thức cấu tạo phân tử của α-mangostin
α-mangostin được phát hiện sở hữu một loạt các hoạt tính sinh học như hoạt tính chống oxy hóa, qt gốc tự do [45, 84], hoạt tính ức chế q trình oxy hóa [85], hoạt tính kháng viêm [86], hoạt tính kháng khuẩn, kháng nấm, kháng ký sinh trùng, kháng vi rút [11, 82, 83, 87, 88], hoạt tính ngăn ngừa sự tiến triển của bệnh Alzheimer và bệnh Parkinson [89, 90], hoạt tính làm giảm sắc tố trên da [91], làm giảm sự xâm nhập của các tế bào viêm, các triệu chứng sinh lý, chuyển hóa ở gan và tim mạch [88], ức chế P-glycoprotein [92]. Với các hoạt tính này, α-mangostin được nghiên cứu ứng dụng trong nhiều lĩnh vực khác nhau trong đó chủ yếu trong y dược.
Trong số các nghiên cứu đã được cơng bố, chỉ có một vài nghiên cứu cho thấy tiềm năng ứng dụng các chiết xuất xanthon măng cụt trong lĩnh vực thực phẩm. Cụ thể như nghiên cứu ứng dụng cao chiết ethanol tổng bổ sung vào một số sản phẩm như dầu hướng dương để tăng khả năng chống oxy hoá chất béo [13], trong sản xuất nước măng cụt, rượu vang nho làm tăng hàm lượng hợp chất phenol, cải thiện vị cho sản phẩm [6, 22, 93].
1.4.1.2. Tanin
Trong vỏ quả măng cụt tanin chiếm 14,1% chất khô, các nghiên cứu cho thấy thành phần chủ yếu của tanin ở vỏ quả măng cụt là tanin ngưng tụ procyanidin cùng với một vài đơn vị prodelphinidin, một lượng nhỏ lập thể của afzelechin/epiafzelechin, catechin/epicatechin và gallocatechin/epigallocatechin [54]. Mức độ tập trung nhóm hoạt chất này trong vỏ quả măng cụt khá cao so với một số loại nguyên liệu dùng để khai thác, thu chế phẩm tanin, cụ thể như trong búp và lá ổi non (10%), chè (27 - 34%), vỏ chuối xanh khô (30-40%). Chiết xuất tanin ngưng tụ từ vỏ quả măng cụt có hoạt tính chống oxy hóa cao (5,84 mmol Trolox/g, IC50/DPPH (µg/mL) = 85,41) do đó có thể là chất chống oxy hóa thực phẩm [94].
Chiết xuất tanin bằng phương pháp ngâm với dung môi ethanol 95%/nước tỷ lệ 1/1 (L/L) ở 80oC trong 2 giờ và tinh chế tanin bằng sắc ký hấp phụ trên Sephadex LH-20 thu được tanin tinh khiết, đồng thời đã ứng dụng làm đông tụ protein trong sản xuất rượu vang và cải thiện vị chát cho rượu. Theo nghiên cứu này, hiệu suất thu hồi tanin tinh khiết đạt 27,48% [6].
Các proanthocyanidin được phân lập từ vỏ quả măng cụt có khả năng diệt gốc peroxyl mạnh, khả năng thu gom gốc tự do cao (1,7 × 104 μmol TE/g, cao hơn nhiều so với chiết xuất từ vỏ thông và hạt nho) [27]. Các phenolic từ vỏ quả măng cụt có khả năng kết tủa protein mạnh mẽ [95] và cũng chính đặc tính này khiến cho khi bổ sung 0,1g chất xuất tanin tinh khiết/100mL rượu vang đã làm kết lắng protein trong rượu vang hỗ trợ cho q trình là trong rượu, đồng thời nó cũng làm tăng cảm giác se, chát của sản phẩm rượu vang [6, 95].
1.4.1.3. Anthocyanin
Theo các kết quả nghiên cứu cho thấy màu sắc của quả măng cụt (Garcinia
mangostana L.) thay đổi từ màu xanh sang màu tím đen sau khi thu hoạch [5], sự
thay đổi màu sắc này có mối quan hệ chặt chẽ với thành phần anthocyanin trong quả, đặc biệt là lượng anthocyanin ở lớp vỏ ngoài của quả. Trong giai đoạn sau thu hoạch, diện tích chuyển màu vàng sang trên vỏ quả và độ cứng của quả giảm dần, trong khi đó tổng chất hịa tan tăng, tổng hàm lượng anthocyanin tăng lên và đạt đỉnh ở giai đoạn chín thực thụ (vỏ quả có màu tím đen). Hàm lượng anthocyanin ở lớp vỏ ngoài cao hơn ở lớp vỏ quả bên trong [5, 22]. Các anthocyanin trong vỏ quả ngoài chủ yếu bao gồm năm hợp chất, xác định bởi HPLC/MS như cyanidin- sophoroside, cyanidin-glucoside, cyanidin-glucosidepentoside, cyanidin-glucoside- X, cyanidin-X2 và cyanidin-X, trong đó X là một gốc khơng xác định có chỉ số m/z 190. Cyanidin-3-sophoroside và cyanidin-3-glucoside là những hợp chất chính và là những thành phần tăng lên cùng với sự chín của quả sau thu hoạch. Tổng hàm lượng anthocyanin ở vỏ ngoài của quả măng cụt chín vào khoảng 4235 ± 203,5 mg/kg chất khô (tương đương 0,4235% so với ngun liệu khơ), trong đó Cyanidin- 3-sophoroside vào khoảng 3126±207,7 mg/kg chất khô, cyanidin-3-glucoside và cyaniding-glucosideX là 842±21,9 mg/kg [5]. Trữ lượng anthocyanin trong vỏ quả măng cụt khá cao so với một số nguyên liệu truyền thống như: trong quả dâu là 1,188%, bắp cải tím: 0,909%, lá tía tơ: 0,397%; trà đỏ: 0,335%, vỏ quả nho: 0,564%, vỏ cà tím: 0,441% (so với nguyên liệu khô). Điều này cho thấy vỏ quả măng cụt là một nguồn nguyên liệu tốt để khai thác nhóm hoạt chất anthocyanin.
Anthocyanin được tìm thấy trong vỏ quả măng cụt, hàm lượng của nó thay đổi tùy thuộc vào độ chín của quả và phân bổ chủ yếu ở 2 bộ phận: Vỏ ngoài và vỏ trong [96]. Hầu hết các nghiên cứu cho thấy: để khai thác anthocyanin từ vỏ quả măng cụt thường sử dụng phương pháp ngâm chiết trong các dung môi khác nhau
như methanol [96-98], ethanol [47, 48, 99], nước [3, 22], … Ngồi ra, phương pháp ngâm chiết có sự hỗ trợ của siêu âm cũng được áp dụng để nâng cao hiệu suất tách chiết anthocyanin [52], [61]. Các công bố cũng chỉ ra rằng: Việc sử dụng hỗn hợp nhiều dung môi như hệ dung môi methanol với nước hay ethanol với nước, đặc biệt dung môi chiết được axit hóa thì hiệu quả khai thác anthocyanin và khả năng phục hồi của hợp chất này sẽ cao hơn so với chiết bằng dung môi nguyên chất, điều này có thể là do anthocyanin bền hơn trong môi trường axit [5, 47, 48, 98]. Các axit được sử dụng để axit hóa dung mơi như axit chlohydric, axit axetic, nước cốt chanh (trong đó thành phần chủ yếu là axit citric, lactic, …). Ngoài ra, khi chần vỏ quả tươi trước khi làm khô để bảo quản và sử dụng sẽ tiêu diệt được hệ men và bảo tồn được lượng anthocyanin [100]. Ngoài phương pháp ngâm chiết trong dung mơi thì hiện nay một số kỹ thuật hiện đại cũng đang được quan tâm sử dụng để nâng cao hiệu quả thu hồi anthocyanin, giảm thời gian chiết, tiêu biểu như chiết có hỗ trợ của siêu âm [61]. Các chiết xuất anthocyanin măng cụt cũng như khai thác từ các thực vật khác chủ yếu được sử ựng ở dạng thô. Để làm tăng độ tinh khiết, chiết xuất anthocyanin thơ sau đó được phân lập và tinh chế bằng nhiều cách thức khác nhau như sắc ký lớp mỏng, sắc ký ngược dòng tốc độ cao, sắc ký lỏng hiệu năng cao, sắc ký cột xenlulose, sắc ký cặp ion pha đảo hoặc sắc ký khí [101].
Chiết xuất anthocyanin từ vỏ quả măng cụt được sử dụng chủ yếu để tạo màu cho sản phẩm, ngoài ra chiết xuất này cũng được nghiên cứu với khả năng chống oxy hố và kháng khuẩn sẽ góp phần cải thiện hai đặc tính này cho sản phẩm. Vì vậy ngày càng nhiều nghiên cứu khai thác và sử dụng chiết xuất anthocyanin. Trong lĩnh vực công nghệ thực phẩm, chiết xuất anthocyanin từ vỏ quả măng cụt là thành phần chính tạo nên màu sắc cho sản phẩm bột nước ép măng cụt, tuy nhiên hợp chất này nhạy cảm và dễ bị thối hố khi cơ đặc, sấy ở nhiệt độ cao, thời gian dài [22]. Chiết xuất anthocyanin bằng phương pháp siêu âm có tính chống oxy hố cao, khi bổ sung vào kem măng cụt đã làm tăng khả năng chống oxy hoá cho sản phẩm (khả năng ức chế DPPH khi bổ sung 1% và 2% chiết xuất tương ứng là 75,1% và 83,6%, trong khi mẫu đối chứng chỉ đạt 52,6%) [61].
1.4.2. Tình hình nghiên cứu thu nhận và ứng dụng các hợp chất có hoạt tính từ vỏ quả măng cụt ở Việt Nam hoạt tính từ vỏ quả măng cụt ở Việt Nam
Ở Việt Nam, cây măng cụt được trồng phổ biến ở các tỉnh miền Nam, thịt quả măng cụt có hương vị thơm ngon, nhiều chất dinh dưỡng, được người tiêu dùng yêu thích. Quả măng cụt khơng chỉ được sử dụng ăn tươi, chế biến thành các món ăn cịn được nghiên cứu ứng dụng trong sản xuất vang [102], nước quả, kẹo, đặc biệt phần vỏ quả trong những năm gần đây được nhiều nhà khoa học quan tâm, nghiên cứu nhằm khai thác các hoạt chất sinh học của nó.
Thành phần hố học cũng như hoạt tính của các chiết xuất của vỏ quả măng cụt đã được nhiều nghiên cứu công bố, trong đó các phần lớn các nghiên cứu tập trung vào nhóm hợp chất xanthon [49, 55, 56, 103, 104]. Nhiều xanthon đã được phân lập từ vỏ quả măng cụt Việt Nam như α- γ- β- mangostin, gartanin 8- deoxygartanin, mangostanin, garcixanthone A, B, C; garcinone -C, Gartanin, BR- xanthone A, 3-isomangostin, α-mangostin, Garcinon D, merguenone, 1, 5 – dihydroxy - 6' – methyl - 6' - (4 – methyl – 3 - pentenyl) – pyrano (2', 3' : 3, 2)- xanthone, subelliptenone H, rheediaxanthone A, morusignin G, 6-deoxyjacareubin, 1,3,5-trihydroxy-4,8-di(3-methylbut-2-enyl)-xanthone, rheediachromenoxanthone, 6-deoxyisojacareubin,…[49, 55, 103, 104], trong đó một số xanthon được tìm thấy và phân lập lần đầu tiên như 2R,3R-2,3-dihydro-2-(4'-hydroxy-3'-methoxyphenyl)- 3-(glucosyloxymethyl)-7-methoxy-benzofuran-5-propanol (có hoạt tính chống oxy hố IC50 là 95,5 µg/mL) (2012) [105], garciniafuran [106],…
Các nhóm hoạt chất khác như tanin, anthocyanin, … ở vỏ quả măng cụt cũng được một số nhà khoa học quan tâm. Nguyễn Văn Đậu và cộng sự (2012) đã phân lập được catechine và epicatechin trong vỏ quả măng cụt xanh [106], proanthocyanidin A2 (ức chế α-glucosidase mạnh và chống oxy hoá, giá trị IC50 tương ứng là 3,46 và 11,6 μM) (2016) [107]. Đàm Sao Mai và cộng sự nghiên cứu thu nhận chiết xuất anthocyanin từ vỏ quả măng cụt (2013)[48]…
Các kết quả nghiên cứu cho thấy các chiết xuất từ vỏ quả măng cụt Việt Nam có hoạt tính sinh học và có tiềm năng ứng dụng trong nhiều lĩnh vực, đặc biệt trong y dược như các xanthon có hoạt tính chống oxy hoá [108], ức chế enzym α- glucosidase [109], dịch chiết măng cụt có khả năng kháng khuẩn (như vi khuẩn
Staphylococcus aureus, Bacillus subtilis, Lactobacillus fermentum, Fusarium sp
[110, 111], làm giảm 39,50% đường huyết khi thử nghiệm trên chuột [111], chống tăng đường huyết ở chuột mắc bệnh tiểu đường do alloxan monohydrat gây ra [112]. Chiết xuất α-mangostin măng cụt có hoạt tính kháng khuẩn cao đối với E. coli DH5α (nồng độ tối thiểu 800 µg/mL) và Staphylococcus aureus (nồng độ ức
chế tối thiểu 15 µg/mL), ức chế được hơn 80 % sự sinh trưởng và phát triển của chủng vi khuẩn B. subtilis XL62 và 70 % đối với chủng P. aeruginosa ĐngL1 (ở
nồng độ 1000 µg/mL) [113]. Với các hoạt tính sinh học này, chiết xuất vỏ quả măng cụt được đánh giá có tiềm năng ứng dụng hiệu quả trong lĩnh vực y dược. Ngoài ra một số nghiên cứu cũng cho thấy chiết xuất măng cụt có khả năng ứng dụng trong các lĩnh vực khác như hoá nhuộm (dịch chiết măng cụt được nghiên cứu ứng dụng trong nhuộm màu cho vải lụa tơ tằm [3]), bảo quản và chế biến thực phẩm (chiết xuất ethanol thô từ vỏ quả măng cụt vào sữa bột, đã kéo dài thời gian bảo quản từ 260 ngày lên 733 ngày [12]).