1.3.1 Đặc điểm:
Theo Ragan M. A [9] thì phlorotannin được định nghĩa như sau: Chúng là polyme sinh học được hình thành từ gốc phloroglucinol (1,3,5 trihydroxybenzen) và các gốc này liên kết với nhau bằng nhiều cách khác nhau. Chính vì vậy mà chúng tạo nên nhiều dạng cấu trúc khác nhau và đôi khi có trọng lượng phân tử lên đến 650 KDA. Cho đến nay, trên thế giới có một số cấu trúc của các hợp chất thuộc nhóm phlorotannin từ rong Nâu đã được xác định và nhiều dịch chiết thô của chúng đã được khảo sát hoạt tính sinh học. Tuy nhiên, rất ít công trình công bố một cách đầy đủ các cấu trúc của tất cả các dẫn xuất của phloroglucinol trong dịch chiết phlorotannin thô được chiết từ một loài rong cụ thể và hoạt tính của chúng và các công trình này chỉ được công bố trong 10 năm trở lại đây.
Các nhà khoa học Hàn Quốc [10] cũng đưa ra cấu trúc đầy đủ của các dẫn xuất của phloroglucinol chiết từ loài rong Ecklonia cava bao gồm: phloroglucinol (1), eckol (2), fucodiphloroethol G(3), phlorofucofuroeckolA(4), 7-phloroglucinol eckol (5), dieckol (6), 6,60-bieckol (7), và hoạt tính của chúng.
Hình 4: Cấu trúc hóa học của phlorotannin chiết từ rong Ecklonia cava.
1.3.2 Cơ chế oxy hóa của polyphenol
Polyphenol được coi là một chất chống oxy hóa hữu hiệu nhất hiện nay (hữu hiệu gấp 100 lần vitamine C và gấp 25 lần vitamine E) [5].
Sự oxy hóa các hợp chất polyphenol có ý nghĩa rất lớn trong sự sinh tổng hợp nhiều chất tự nhiên như licnhin, alkaloid và melanin. Sự tạo thành các hợp chất này có thể giải thích bằng cơ chế gốc tự do, trong đó ở giai đoạn đầu các hợp chất monomer phenol xuất hiện các gốc phenol. Ở giai đoạn sau, xảy ra sự ghép đôi các gốc tự do với sự tạo thành mối liên kết C- C hoặc C- O- C phụ thuộc vào kiểu ghép đôi [5]. Khả năng kháng oxy hóa mạnh của polyphenol được giải thích dựa trên số lượng lớn các nhóm hydroxyl trong công thức của chúng, nó cho phép tiếp nhận electron một cách dễ dàng (polyphenol là chất nhận các gốc tự do), tức là chúng có khả năng dập tắt các quá trình tạo ra gốc tự do.
1.3.3 Hoạt tính sinh học của phlorotannin
Hoạt tính sinh học của phlorotannin được công bố nhiều nhất là hoạt tính chống oxy hóa. Hoạt tính này được nghiên cứu thông qua khảo sát khả năng quét các gốc DPPH (2,2-diphenyl-1-picrylhydrasyl), gốc hydroxyl (.OH), các anion như superoxide anion ( O2-), khử Sắt (III), tạo phức chelat với các iôn hóa trị (II) và oxy hóa lipit của chúng. Các nhà Khoa học Mexico [11] đã xác định khả năng quét các gốc DPPH, anion O2- và hoạt tính khử của hỗn hợp các chất thuộc nhóm phlorotannin được chiết từ một số loài rong Nâu sinh trưởng tại vùng biển nhiệt đới tại Mexico. Họ đã thu các phlorotannin bằng chiết lạnh, sử dụng dung môi là dichloromethanol:methanol (2:1) trong 20 giờ. Kết quả thu được cho thấy tất cả tổng phlorotannin được chiết từ các loài rong (Lobophora
variegata, Padina gymnospora, Dictyota cervicornis và một số loài rong thuộc chi Sargassum, chi Turbinaria) đều có hoạt tính chống oxy hóa với giá trị EC50 của gốc
DPPH tương ứng là như sau: Lobophora variegata: 0.32±0.01 mg/ mL, Padina gymnospora: 3,45 mg/ml, chi Sargassum: từ 6.64 đến 7.14mg/ mL, Chi Turbinaria: 8,85
mg/ml và chi Dictyota: 6,42 mg/ml. Ngoài ra tổng phlorotannin chiết từ loài Lobophora
Hoạt tính kháng vi sinh vật kiểm định của phlorotannin chiết từ loài rong
Ecklonia kurome tại Nhật Bản đã được Koki Nagayama và CS [12]. Để thử hoạt tính
kháng vi sinh vật của phlorotannin, nhóm tác giả đã sử dụng phương pháp chiết phlorotannin bằng cồn methanol. Hỗn hợp thu được sau khi chiết bằng cồn được chiết lại với ethyl acetate và cuối cùng được tách trên sắc ký bản mỏng. Tất cả các các phân đoạn thu được đều được thử hoạt tính trên 25 chủng vi sinh vật kiểm định thuộc 02 nhóm Gr(+) và Gr(-). Kết quả là tất cả các phân đoạn đều thể hiện hoạt tính kháng 25 chủng vi sinh vật đem thử.
Trên cơ sở phlorotannin thô chiết từ loài rong Ecklonia cava các nhà khoa học Hàn Quốc đã xác định được nhiều hoạt tính sinh học khác của chúng. Tất cả các dẫn xuất của phloroglucinol phân lập được (fucodiphloroethol G, Dieckol , 6,6 bieckol, phloroeckol và phlorofucofuroeckol A) đều thể hiện hoạt tính ức chế các enzym Matrix metalloproteinase (MMP), Alpha-glucosidase, alpha-amylase và ức chế quá trình giải phóng histamin [13, 14, 15]. Kết quả này định hướng cho việc sử dụng chúng để hỗ trợ điều trị các bệnh tiểu đường, thấp khớp, viêm nhiễm kinh niên, chống dị ứng. Trong khi đó chỉ 1 dẫn xuất của phloroglucinol là 6,6’-bieckol có hoạt tính kháng vi rút HIV [16].
1.3.4 Ứng dụng
Polyphenol là những chất chống oxy hóa, do đó chúng được ứng dụng trong nhiều lĩnh vực. Ứng dụng được quan tâm mạnh mẽ nhất hiện nay là về khả năng dược lý. Bên cạnh đó khả năng ngăn chặn có hiệu quả các quá trình oxy hóa, đặc biệt là quá trình oxy hóa lipid. Nhóm chất này được quan tâm sử dụng trong các sản phẩm thuộc các lĩnh vực khác nhau như mỹ phẩm, thực phẩm và dược phẩm.
Riêng trong ngành thực phẩm, do đặc điểm xuất phát từ thiên nhiên, đảm bảo tính an toàn nên chúng được sử dụng chủ yếu như một chất phụ gia chống oxy hóa, nhằm thay thế cho các phụ gia tổng hợp thường dùng như: BHA (Butyl hydroxy anisol), BHT (Butyl hydroxyl toluene)…, những chất này dễ gây tác dụng phụ không
có lợi cho sức khỏe người sử dụng. Polyphenol chủ yếu được ứng dụng để làm bền chất béo trong các sản phẩm bánh, kẹo…
Ngoài ra, polyphenol (trong chè..) còn được sử dụng như một loại thực phẩm chức năng nhằm tăng cường khả năng phòng và chữa bệnh của cơ thể [5]. Phlorotannin trong rong Nâu còn có hoạt tính kháng khuẩn [6], kháng nấm bệnh, ức chế các quá trình phát tiển của tế bào ung thư, tế bào HIV, các bệnh thuộc hệ tuần hoàn như điều hòa lượng đường huyết trong cơ thể và các bệnh về đường tiêu hóa.
1.4 Giới thiệu về quá trình trích ly. 1.4.1 Bản chất 1.4.1 Bản chất
Bản chất của quá trình trích ly (quá trình chiết) là sự rút chất hòa tan trong chất lỏng hay chất rắn bằng một chất hòa tan khác (gọi là dung môi) nhờ quá trình khuếch tán giữa các chất có nồng độ khác nhau [4].
Trích ly chất hòa tan trong chất lỏng được gọi là trích ly lỏng, còn trích ly chất hòa tan trong chất rắn là trích ly chất rắn.
1.4.2 Phạm vi sử dụng của quá trình
Trong công nghệ thực phẩm nhằm mục đích sau:
- Khai thác là mục đích chủ yếu. Phổ biến là trích ly các nguyên liệu dạng rắn như: hạt dầu, các nguyên liệu tinh dầu như lá, rễ, cây, hoa hoặc quả; trích ly các loại củ như củ cải đường, trích ly mía. Cũng với mục đích này có thể phối hợp với quá trình khác để nâng cao hiệu suất thu sản phẩm. Ví dụ như phối hợp với quá trình ép trong sản xuất mía đường [4].
- Trích ly còn nhằm mục đích chuẩn bị cho các quá trình tiếp theo ví dụ như ngâm các loại hạt (các loại đậu, ngô, thóc..) trước khi chế biến; ngâm các loại củ (sắn, khoai…) làm yếu các liên kết trong vật liệu, đồng thời trích ly một số phân tử vào dung môi ngâm (ví dụ: hòa tan HCN khi ngâm củ sắn) [4].
- Với mục đích thu nhận sản phẩm như tách penicillin từ dung dịch lên men, sản xuất nước chấm bằng phương pháp ủ ẩm trích ly, hoặc trích ly trong quá trình
sản xuất cà phê hòa tan, trích ly khi ngâm quả, ngâm tẩm các loại thuốc bổ và thuốc chữa bệnh…[4].
1.4.3 Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình chiết
- Thực chất quá trình trích ly là quá trình khuếch tán. Vì vậy sự chênh lệch nồng độ giữa hai pha (gradient nồng độ) chính là động lực của quá trình. Khi chênh lệch nồng độ lớn, lượng chất trích ly tăng; thời gian trích ly giảm ta thực hiện bằng cách tăng tỷ lệ dung môi so với nguyên liệu.
- Với các loại nguyên liệu rắn cần tăng diện tích tiếp xúc giữa chúng và dung môi. Điều này thực hiện bằng cách nghiền nhỏ, thái nhỏ, băm nhỏ vật liệu. Nó còn làm phá vỡ cấu trúc tế bào, thúc đẩy quá trình tiếp xúc triệt để giữa dung môi và vạt liệu. Tuy nhiên kích thước và hình dạng của vật liệu khi làm nhỏ cũng có giới hạn vì nếu chúng quá mịn sẽ bị lắng đọng lên lớp nguyên liệu, làm tắc các ống mao dẫn hoặc bị dòng dung môi cuốn vào mixen (hỗn hợp) làm cho dung dịch có nhiều cặn gây phức tạp cho quá trình xử lý tiếp theo [4].
- Tính chất của vật liệu cũng ảnh hưởng lớn đến hiệu suất trích ly. Vật liệu là hỗn hợp lỏng – lỏng hoặc hỗn hợp rắn - lỏng cộng với một dung môi hoặc tập hợp một số loại dung môi. Chúng có độ hòa tan khác nhau, nồng độ các chất khác nhau và có tác dụng tương hỗ, khuếch tán vào nhau. Như khi trích ly dầu nếu độ ẩm nguyên liệu giảm, tốc độ trích tăng lên, vì độ ẩm tác dụng với protein và các chất háo nước khác ngăn cản sự dịch chuyển của dung môi thấm sâu vào trong nguyên liệu, làm chậm quá trình khuếch tán [4].
- Nhiệt độ có tác dụng tăng tốc độ khuếch tán và giảm độ nhớt, phần tử chất hòa tan chuyển động dễ dàng khi khuếch tán giữa các phần tử dung môi.Tuy nhiên nhiệt độ là một yếu tố có giới hạn. Vì khi nhiệt độ quá cao có thể xảy ra các phản ứng khác không cần thiết, gây khó khăn cho quá trình công nghệ [4].
- Yếu tố thời gian cũng ảnh hưởng đến quá trình trich ly. Khi thời gian tăng lên, lượng chất khuếch tán tăng, nhưng thời gian phải có giới hạn. vì khi đã đạt được mức độ trích li cao nhất, nếu kéo dài thời gian sẽ không mang lại hiệu quả kinh tế.
1.4.4 Tổng quan về dung môi chiết
* Dung môi
Dung môi là pha có nồng độ thấp. Dung môi là để chiết các hợp chất ra khỏi nguyên liệu và thay đổi tùy theo bản chất của mỗi loại nguyên liệu. Cơ sở để lựa chọn một dung môi chiết là tính phân cựa của hợp chất chứa trong nguyên liệu và của dung môi.
+ Dung môi phân cực và không phân cực [6]
Quá trình hình thành một là tùy thuộc vào đặc tính của chất tan và dung môi. Để hình thành một dung dịch trước hết phải có sự phá vỡ các dây nối liên kết trong hợp chất tan và trong dung môi để hình thành dây nối liên kết mới giữa chất tan và dung môi.
Để hiểu về tính phân cực của dung môi, ta có thể so sánh giữa hai chất ete và nước - Hằng số điện môi của nước ở 200C là 80,4 trong khi của ete là 4,34
- Nguyên tử hydro của phân tử nước có khả năng liên kết với một nguyên tử mang điện âm của một hợp chất khác, hình thành dây nối liên kết hydro trong dung dịch nước, trong khi ete etilic không có sự liên kết này.
Dây nối hydro hình thành ảnh hưởng đến tính hòa tan của hợp chất đối với dung môi. - Nước có tác dụng vừa như một acid vừa như một bazo, còn ete chỉ là bazo rất yếu và không hoạt động như một acid.
- Do những đặc tính trên, nước được xem là một dung môi phân cực mạnh, còn ete là một loại dung môi không phân cực. Các dung môi phân cực mạnh ngoài nước ra còn có các ancola bậc thấp như: methanol, ethanol, propanola, butanola…Các dung môi không phân cực ngoài ete còn có các hydro cacbua như ete dầu, benzene, toluene, hexan, heptan…Các chất nằm giữa hai nhóm này gọi là các chất phân cực yếu hoặc vừa như ethyl acetate, clorofoc, acetone, diethyl clorua.
+ Khi lựa chọn dung môi cần đáp ứng được các yêu cầu sau đây [4]
- Phải có tính hòa tan chọn lọc, tức là hòa tan tốt các chất cần tách mà không được hòa tan hoặc hòa tan rất ít các chất khác. Đây là tính chất rất cơ bản không thể thiếu được khi lựa chọn dung môi.
- Nếu trích li lỏng yêu cầu khối lượng riêng của dung môi khác xa với khối lượng riêng của dung dịch. Tuy nhiên cũng có loại thiết bị trích li dung dịch có khối lượng riêng rất gần nhau.
- Không phá hủy thiết bị, dụng cụ.
- Không bị biến đổi thành phần khi bảo quản.
- Không độc khi thao tác, không tạo hỗn hợp nổ với không khí và khó cháy. - Rẻ tiền, dễ kiếm.
- Dung môi phải được tách ra sau quá trình trích ly bằng phương pháp đun nóng, chưng cất hoặc sấy. Sau khi tách không để lại mùi vị lạ và không gây độc cho sản phẩm. Trong công nghệ thực phẩm dung môi trích li phổ biến là nước (như trích ly củ cải đường, trích ly mía sau khi đã băm nhỏ, trích li cà phê, ngâm nước để tinh chế các loại tinh bột…). Vấn đề quan trọng cần giải quyết là chất lượng nước thực phẩm. Bên cạnh đó dung môi trích ly có thể là dung dịch đường trong quá trình ngâm các loại quả, tẩm các loại hương…; có khi dung môi là một số dung dịch hóa chất có nồng độ rất loãng như: dung dịch CuSO41%, dung dịch nước vôi loãng.
* Các chất tan trong nước và dung môi phân cực [6]
Các chất điện ly như các muối vô cơ đều tan trong dung môi phân cực. Chất phân cực: Các hợp chất hữu cơ nói chung không ion hóa nhưng nếu chúng có chứa các nhóm hoặc nguyên tử mang điện âm có thể hình thành dãy nối hydro với phân tử nước thì chúng sẽ tan được trong nước. Những nhóm có khả năng tạo dãy nối hydro như: -OH, CO, NO, NH2 và các halogen gọi là nhóm phân cực. Càng có nhiều nhóm phân cực thì phân tử ấy càng dễ hòa tan trong nước. Nhưng nếu mạch hydro cacbon của phân tử càng dài thì độ hòa tan càng giảm.
Thực nghiệm cho thấy, một nhóm phân cực trong phân tử có khả năng hình thành liên kết hydro với phân tử H2O sẽ làm cho phân tử ấy tan được trong nước nếu số cacbon của mạch không quá 5 hoặc 6 nếu phân tử có thêm mạch nhánh. Nếu phân tử có nhiều nhóm phân cực (2 nhóm trở lên) thì tỷ lệ này giảm xuống. Một nhóm phân cực cho 3 hoặc 4 cacbon trong mạch thì phân tử ấy tan được trong nước.
* Chất tan trong ete và dung môi không phân cực [6]
Các hợp chất hữu cơ không chứa nhóm phân cực gọi là các chất không phân cực. Nói chung chất không phân cực đều tan trong ete và dung môi không phân cực. Đồng thời chúng không tan trong nước và các dung môi phân cực khác. Các chất mà phân tử chỉ có một nhóm phân cực yếu cũng có thể tan trong ete. Hầu hết các chất hữu cơ tan trong nước đều không tan trong ete. Nếu chất vừa tan trong nước, vừa tan trong ete thì các chất đó phải là chất không ion hóa, có số cacbon không quá 5, có một nhóm phân cực tạo dây nối hydro nhưng không phải là nhóm phân cực mạnh.
Dựa vào tính phân cực của dung môi và của các nhóm hợp chất ta có thể đoán sự có mặt của các chất trong mỗi phân đoạn chiết. Trong phân đoạn chiết ete và ete dầu sẽ có các hydro cacbua béo hoặc thơm, các thành phần của tinh dầu như monotecpen, các chất không phân cực như chất béo, carotene, các sterol, các chất màu thực vật và chlorophyl. Trong dịch chiết clorofoc sẽ có mặt sesquitecpen, ditecpen, cumarin, qui non, các aglycon do glucozit thủy phân tạo ra, một số ancaloid bazo yếu. Trong dịch chiết cồn sẽ có mặt glucozit, ancaloid, flavonoid, các hợp chất phenol khác, nhựa, acid hữu cơ, tannin. Trong dịch chiết nước sẽ có các glucozit, tannin, các đường, các hợp chất carbohydrate phân tử như pectin, nhầy, gôm, các protein thực vật và muối vô cơ.
1.4.5 Tìm hiểu một số loại dung môi chiết trong đề tài. 1.4.5.1 Nước 1.4.5.1 Nước
Phân tử nước được cấu tạo từ một phân tử Oxy và hai phân tử Hydro, mà đôi electron trong môi trường liên kết này bị kéo lệch về phía Oxy nên phân tử nước có