báo cáo luận văn khảo sát khả năng ứng dụng của xương rồng nopal

báo cáo luận văn khảo sát khả năng ứng dụng của xương rồng nopal

HV: Trần Thanh Trang

MSHV: 09050125

GVHD: TS Tống Thanh Danh

TP HCM 3/8/11

Opuntia spp, Opuntia sp, Opuntia ficus-indica L

 Dạng phẳng, dẹp, hình trứng

Thịt quả (mg/l)

L [9]

Opuntia Stricta

[9]

Opuntia dillenii Haw

-Ứng dụng

Dược phẩm

Thực phẩm

Mỹ phẩm

Nghiên cứu và khảo sát khả năng ứng dụng của xương rồng nopal trồng tại Việt Nam nhằm để nâng cao giá trị

sử dụng và hiệu quả kinh tế của giống cây trồng này.

Hạt XR Nopal

 Chiết xuất dầu béo bằng các phương pháp

 Xác định chỉ số hóa lý, thành phần hoá học của dầu béo

Cành lá XR Nopal

 Đánh giá sơ bộ nguyên liệu cành lá

 Khảo sát tính chất và thành phần: tỉ lệ giữa các lớp, độ tro, độ ẩm, hàm lượng Vitamin C, acid tổng, chất béo, pectin

 Khảo sát quy trình tách pectin

 Khảo sát khả năng gel hoá của pectin

1 Hạt xương rồng Nopal

ether Etanol

Acid 1% Thuốc thử Kết quả Hợp chất tự

nhiên

1.1 Đánh giá sơ bộ hạt

Kết quả định tính các nhóm chất hữu cơ trong hạt XR Nopal

Nguyên liệu

Xay nhỏ

Bột

Ngâm trong n-hexan

Chiết CO2 siêu

tới hạn

Chiết SoxhletDầu béo

Dầu béo

1.2 Tách chiết dầu béo từ hạt xương rồng

Phương pháp

Thời gian

Hàm lượng

Nhiệt độ

CO2 siêu tới hạn

Phương pháp Soxhlet Phương pháp

Chỉ số hóa lý Phương pháp

Soxhlet CO2 siêu tới hạn

-1.3 Tính chất hóa lý của dầu béo

Viện Khoa Học Ứng Dụng

TP Hồ Chí Minh

Viện Nghiên Cứu Bông và Phát Triển Nông Nghiệp Nha Hố tỉnh Ninh Thuận

Đặc tính hình thái cơ bản của lá xương rồng Nopal

Xương rồng

Nopal

Chiều dài (cm)

Chiều rộng (cm)

Chiều dày (cm)

Chiều dày (cm) Tỉ lệ giữa hai lớp

(%) Lớp

trong

Lớp ngoài

Lớp trong

Lớp ngoài

87.90 88.25

84.90 84.7082.91

MX-Saigon VN-Phuyen VN-Khanhhoa MX-Nhaho VN-Ninhthuan

MX-Saigon VN-Phuyen VN-Khanhhoa MX-Nhaho VN-Ninhthuan

MX-Saigon VN-Phuyen VN-Khanhhoa MX-Nhaho VN-Ninhthuan

Hàm lượng pectin (%)

6.12

5.62

0.65

0 1.5 3 4.5 6 7.5

Lá già Lá trưởng thành Lá non

Hàm lượng pectin (%)

Saigon

MX- Phuyen

Khanhhoa

VN- Nhaho

MX- Ninhthuan

Quy trình chiết Pectin

Pectin

GĐ khử enzyme

GĐ tách pectin

GĐ thu pectin

2 Khảo sát quá trình tách pectin

2 Khảo sát quá trình tách pectin

Mẫu MX-Saigon từ Viện Khoa Học Ứng Dụng TPHCM

Hàm lượng pectin (%)

Hàm lượng pectin (%)2.2 Trong giai đoạn tách pectin

2.3 Trong giai đoạn thu pectin

Hàm lượng pectin (%)2.4 Ảnh hưởng tác nhân acid trong giai đoạn thu pectin

Dd NaOH, pH12, nhiệt độ phòng, 2 lần

Dd acid HCl, pH2, trữ lạnh qua đêm

Pectin thô

Pectin đã tinh chế

Điều kiện thích hợp tách pectin

3 Gel hóa pectin

Ca(OH)2 0.05 M

Ca(OH)2 0.1 M

Ca(OH)2 0.2 M

Ca(OH)2 0.4 M

Ca(OH)2 0.05M Ca(OH)2 0.1M Ca(OH)2 0.2M Ca(OH)2 0.4M

Ca(OH)2 0.05M Ca(OH)2 0.1M Ca(OH)2 0.2M Ca(OH)2 0.4M Ca(OH)2 0.05M Ca(OH)2 0.1M Ca(OH)2 0.2M Ca(OH)2 0.4M

Ca(OH)2 0.05M Ca(OH)2 0.1M Ca(OH)2 0.2M Ca(OH)2 0.4M

Ảnh hưởng của nồng độ

Kết luận

Dầu béo chiết từ hạt XR Nopal có giá trị dinh dưỡng cao

Hạt

 Hạt có độ ẩm thấp (0.53%)

 Phân tích sơ bộ: saponin, alkaloid, acid uronic

 Dầu béo trong hạt được trích bằng dung môi hexane cho hiệu suất 6.13% và CO2 siêu tới hạn với hiệu suất 1.2%

 Dầu béo có hàm lượng acid béo không no chiếm tỉ lệ vượt trội

là 97.28 % và 97.03% tương ứng với phương pháp Soxhlet và CO2 siêu tới hạn Trong đó, acid linoleic chiếm từ 63-69%.

Nguồn thực phẩm có giá trị dinh dưỡng cao

 Độ ẩm cao (>80%) Chất béo có hàm lượng thấp (<0.8%)

 Lớp ngoài: h.lg vitamin C cao và h.lg chất béo thấp

 Lớp trong: mọng nước, chứa nhiều pectin

Điều kiện thích hợp tách pectin :

 GĐ khử enzyme: dd acid HCl, pH=4, nhiệt độ 80oC, 20 phút

 GĐ tách pectin: dd NaOH tại pH=12 ở nhiệt độ phòng

 GĐ thu pectin: dd acid HCl tại pH=2

Hiệu suất: 5.5-6%.

Cành lá

Pectin triển vọng ứng dụng cao

 Gel pectin hình thành khi có ion Ca2+

 Ca(OH)2 tạo gel tốt hơn CaCl2.

 Hình thái gel pectin thay đổi theo nồng độ tác nhân tạo gel

 Tác nhân tạo liên kết ngang cũng làm tăng khả năng tạo màng của pectin.

 Phân tích FT-IR và TGA chứng minh sự có mặt của Ca 2+ hình thành cấu trúc liên kết ngang trong gel pectin

Cành lá

Kiến nghị

Một phần kết quả của luận văn đã được đăng trên tạp chí Khoa Học

Và Công Nghệ tập 48 số 6A năm 2010,trang 116 -120.

 Chiết tách các hoạt chất có trong bã hạt

 Điều kiện tối ưu chiết suất dầu béo từ hạt bằng PP CO2 siêu tới hạn

 Ứng dụng dầu béo và pectin thu được vào lĩnh vực khác

[1] Utkarsha U Shedbalkar, Vinayak S Adki, Jyoti P Jadhav, Vishwas A Bapat, “Opuntia

3:136–150

[2] Jean Magloire Feugang 1, Patricia Konarski 1, Daming Zou 1, Florian Conrad Stintzing

“,Dipartimento di Scienze Ambientali Agrarie e Biotecnologie Agro-Alimentari Viale Italia

39, 07100 Sassari

Kingdom Opuntia spp”

(L.) Mill] peel:a good source of polyunsaturated fatty acids, natural antioxidant vitamins

Tài liệu tham khảo

[6] Felipe Chavez-Ramirez, Xingong Wang, Ken Jones, David Hewitt, and Peter Felker,

“Ecological Characterization of Opuntia Clones in South Texas:Implications for Wildlife

Review”, J PACD – 2003

Chemistry 82 (2003) 339–345

(2005) 431–437

345-350, 2007

Tài liệu tham khảo

[12] M A Betancourt, T Herna´ ndez-pe´ rez, P Garc´ia-Saucedo, A Cruz-herna´ ndez, O.Paredes-lo´ pez, “Physico-Chemical Changes In Cladodes (Nopalitos) From CultivatedAndWild Cacti (Opuntia spp”, Plant Foods for Human Nutrition 61: 115–119, 2006.

[14] M E Rodríguez-Garcia, C de Lira, E Hernández-Becerra, M A Cornejo-Villegas, A

Nutr (2007) 62:107–112

cactus pear (Opuntia ficus-indica) juice clarified by microfiltration and ultrafiltrationprocesses”, Desalination 250 (2010) 1101–1104

value of Prickly Pear Cactus (Opuntia ficus-indica)”, CA 94022

Tài liệu tham khảo

[18] Monia Ennouri, Hamadi Fetoui b, Mohamed Hammami, Evelyne Bourret, Hamadi Attia,

[19] Monia Ennouri, Hamadi Fetoui, Evelyne Bourret, Najiba Zeghal, Fadhel Guermazi,

[22] Jean Magloire Feugang , Patricia Konarski, Daming Zou, Florian Conrad Stintzing and

Changping Zou, “Nutritional and medicinal use of Cactus pear (Opuntia spp.) cladodes andfruits”

[23] Andre´s A Torres-Acosta, “Opuntia-Ficus-Indica (Nopal) mucilage as a steel corrosion

Tài liệu tham khảo

[24] William G.T Willatsa, J.Paul Knoxb and JornDalgaard Mikkelsenc, “Pectin: new insights

104

composition on the association behavior of pectin in methanol–water mixtures”, EuropeanPolymer Journal 42 (2006) 1164–1172

Review”

[29] Gordon A Morris, Jonathan Castile, Alan Smith, Gary G Adams, Stephen E Harding,

“The effect of different storage temperatures on the physical properties of pectin solutions

Tài liệu tham khảo

[30] Nartaya Thirawong, Ross A Kennedy, Pornsak Sriamornsak, “Viscometric study ofpectin–mucin interaction and its mucoadhesive bond strength”.

62901

[32] Ilse Fraeye, Ines Colle, Evelien Vandevenne, Thomas Duvetter, Sandy Van Buggenhout,

of pectin–calcium gels”, Innovative Food Science and Emerging Technologies

[33] Marshall L Fishman, Peter H Cooke, Hoa K Chau, David R Coffin, and Arland T

ACS Symposium Series, Volume 935

[35] Adriana Ca´rdenas, Francisco M Goycoolea, Marguerite Rinaudo, “On the gelling

(2008) 212–222

Tài liệu tham khảo

[35] Adriana Ca´rdenas, Francisco M Goycoolea, Marguerite Rinaudo, “On the gelling

[39] Aki Kamozawa and H Alexander Talbot, “ Pectin: Not Just For Jelly”

[40] Pornsak Sriamornsak PhD Associate Professor, “Application of pectin in oral drug

Tài liệu tham khảo

[44] Clement Ip, Sou Fei Chin, Joseph A Scimeca, Michael W Pariza – Cancer research 51(1991) 6118-6124

Journal of Clinical Nutrition 63 (1996) 746-752

[49] Darmstadt G L D G., Mao-Qiang M, Chi E., Saha S K., Ziboh V A., Black R E.,

[50] Hong Zenga Z W C., Lin Wang, Si-Ying Wang, Yu-Qian Yan, Qin-Zhi Xua, Shi-MengZhanga and Ping-Kun Zhoua-European Journal of Pharmceutical science 33 (1) (2008) 52-59

Khử enzyme

Khử enzyme

Sơ đồ chiết pectin với môi trường khử enzyme là nước

Sơ đồ chiết pectin với môi trường khử enzyme là acid

lượng phân tử nhỏ nên độ tan của pectin tăng và thất thoát trong dịch

2.2 Trong giai đoạn tách pectin

Hàm lượng NaOH càng nhiều hay pH càng cao thì sự chuyển hóa

và khuếch tán pectin ra khỏi khối mẫu càng dễ dẫn đến hiệu suất tăng

pH14 lại giảm hiệu suất thu pectin và mức độ giảm khoảng 15% giá trị có thể do biến tính pectin hay thất thoát trong quá trình thu.

Khử enzyme

2.3 Trong giai đoạn thu pectin

Khử enzyme

2.4 Ảnh hưởng tác nhân acid trong giai đoạn thu pectin

 Các acid hữu cơ có độ phân ly thấp hơn acid pectic không có khả năng đẩy acid pectic ra khỏi dung dịch muối của chúng

Khử enzyme

Khả năng tạo gel của Ca(OH)2 tốt hơn CaCl2

 Do có sự hình thành liên kết hidro giữa nhóm hydroxyl (-OH) trong dung dịch Ca(OH)2 với nhóm hydroxyl (-OH) và cacboxyl (-C=O) của phân tử pectin.

3 Gel hóa pectin

m: mạch, tb: trung bình, y: yếu, tmp: trong mặt phẳng, nmp: ngoài mặt phẳng.

axit acetic Ka = 1,74.10-5

k2=6,2.10-8 k3=4,2.10-13 axit citric K1 = 7,4.10-4

k2=1,8.10-5 k3=4.10-7

Là chất keo háo nước nên có khả năng hydrat hóa cao do sự gắn các phân tử nước vào nhóm hydroxyl của chuỗi polymethyl

galacturonic.

Trong phân tử pectin có mang điện tích âm nên chúng có khả năng đẩy lẫn nhau có khả năng làm giãn mạch và làm tăng độ nhớt của dung dịch.

Khi làm giảm độ tích điện và hydrat hóa sẽ làm cho sợi pectin xích lại gần nhau và tương tác với nhau tạo nên một mạng lưới ba chiều rắn chứa pha lỏng ở bên trong.

Trong cồn và dung dịch muối thì pectin bị kết tụ.

Pectin methoxyl hóa thấp (Low Methoxyl Pectin – LMP)

được tạo thành qua cầu nối là các ion hóa

trị (II), đặc biệt là Ca2+ Cấu trúc của gel

phụ thuộc vào nồng độ Ca2+

Điều kiện tạo gel:

Vai trò các cấu tử trong việc tạo gel pectin

Nồng độ của pectin càng lớn thì sự liên kết giữa các phân tử xảy ra

Nếu pectin tạo đông tụ yếu do các sợi chỉ được tạo ra ngắn hơn, mạng lưới giữ pha lỏng của keo kém hơn do đó sự đông tụ sẽ yếu và có khả năng đưa đến sự rữa nát ( vì nhả nước ).

Vai trò các cấu tử trong việc tạo gel pectin

ngăn cản sự phân ly của acid pectit do đo các mixen pectit mất điện tích

đông tụ nồng độ ion hydro thì sẽ không có hiệu quả nữa.

Vai trò các cấu tử trong việc tạo gel pectin

dịch càng cao, khi đó của muối của acid pectit được thay thế hoàn toàn bằng ion hydro một cách nhanh chóng và chuyển chúng về acid pectit.

nhưng chỉ trong một giới hạn nhất định.

tăng tính háo nước của sản phẩm.

Dược phẩm

Mỹ phẩm

Thực phẩm

Trong một số trường hợp, pectin còn được sử dụng với carageenan để tăng hiệu quả tạo gel.

.

Trong lĩnh vực mỹ phẩm

Chủ yếu dựa vào khả năng tạo gel để tăng độ nhớt và khả năng tạo màng film bao bọc sản phẩm Ngoài ra nó có khả năng giữ các ion kim loại nhằm giảm sự hư hỏng trong sản phẩm mỹ phẩm.

Trong ngành công nghiệp vật liệu xây dựng

Pectin được pha trộn với vôi để sản xuất vữa được sử dụng trong việc bảo vệ và phục hồi di tích lịch sử

Trong công nghệ dược phẩm

Pectin được dùng chế thuốc uống, thuốc tiêm (cơ bắp, dưới da)

để cầm máu trước và sau phẫu thuật răng hàm mặt, tai mũi họng, phụ khoa Chữa chảy máu đường tiêu hóa, tiết niệu.

 Dung dịch pectin 5% còn được sử dụng như thuốc sát trùng H2O2 (nước oxy già)

Trên thị trường hiện có biệt dược Hacmophobin (Ðức) và Arhemapectin (Pháp).

Trong công nghệ dược phẩm

Pectin có thể được sử dụng trong vật liệu y sinh học, chẳng hạn như chúng được sử dụng trong việc tái sinh các mô của con người Ứng dụng này dựa trên cấu trúc ba chiều, tính chất vật lý

và cơ tốt hơn mô thật.

 Các ứng dụng y học tiềm năng đưa ra giả thuyết rằng vật liệu pectin bao gồm các thiết bị chân tay giả cho y tế và khung xương hoặc sụn do pectin có các thuộc tính làm cho liên kết giữa pectin các tế bào của con người hình thành và phát triển.

Trong công nghệ dược phẩm

Trong môi trường axit, pectin vẫn giữ nguyên cấu trúc là tập hợp của các đại phân tử Nhưng ở trong môi trường pH trung tính pectin có xu hướng tách và mở rộng Ngoài ra, do có khả năng kháng enzyme protease và amylase nên pectin vẫn tồn tại trong đường ruột Do những thuộc tính này mà pectin có thể có tiềm năng để trở thành một chất để dẫn truyền thuốc protein và polypeptide từ miệng đến ruột kết

Trong công nghệ dược phẩm

Pectin đã ngày càng được chấp nhận như là một chất dẫn truyền thuốc, giúp duy trì nồng độ thuốc và khả năng nhả thuốc tại những vị trí cụ thể, những dạng thuốc được nghiên cứu như viên nang siêu nhỏ và hạt hydrogel Tính chất của pectin có thể được

sử dụng cho việc dẫn truyền thuốc qua niêm mạc dưới lưỡi cũng như thành ruột Tính chất phóng thuốc của pectin có được chỉnh sửa đổi bằng cách liên kết ngang chuỗi pectin với ion canxi để tạo thành hợp chất không hòa tan.

Dầu hạt xương rồng Nopal có giá trị dinh dưỡng cao: chủ yếu là acid linoleic (omega 6) và acid oleic

•Acid linoleic là acid hoàn toàn không thể thiếu cho quá trình trao đổi chất của cơ thể, chúng được sử dụng ngăn ngừa một số bệnh như: ung thư, viêm da, tiểu đường, chứng sơ nang hóa

•Acid α- Linoleic, là loại acid thường được bổ sung vào chế độ ăn để giảm nguy cơ mắc bệnh tim mạch, giúp kiểm soát lượng cholesterol, giảm lượng cholesterol xấu và triglycerid trong máu, ngoài ra chúng còn có khả năng chống oxi hóa, sơ vữa động mạch, cao huyết áp, đột quy

•Acid linoleic được sử dụng làm xà phòng, chất nhũ hóa Một phần acid linoleic dùng để sản xuất linoleyl alcohol.

•Acid linoleic đã trở nên dần phổ biến trong các sản phẩm công nghiệp làm đẹp vì những đặc tính có lợi trên da như: kháng viêm, trị mụn trứng

cá, duy trì độ ẩm

Axit oleic có thể cản trở sự tiến triển của adrenoleukodystrophy (ALD), một căn bệnh gây tử vong có ảnh hưởng đến não và tuyến thượng thận [53] Acid oleic có thể kiểm soát các bệnh hạ huyết áp

Là quá trình phân tách một hay một số chất từ hỗn

hợp (dược liệu, hỗn hợp nguyên liệu) bằng cách sử dụng chất lỏng CO2 siêu giới hạn như một dung môi

Gore (1891) là người đầu tiên phát hiện ra khả năng hòa tan tốt của Naphtalen và Camphor trong CO2 lỏng

Sau đó Andrews (1875) đã nghiên cứu về đặc tính của CO2 ở trạng thái siêu tới hạn Tuy nhiên tới đầu những năm 1970 công nghệ chiết xuất các hợp chất tự nhiên bằng dung môi CO2 siêu tới hạn (SC-CO2) mới thực sự phát triển và đi vào ứng dụng trong công nghiệp thực

phẩm, mỹ phẩm, dược phẩm như: loại cafein trong cà phê và chè

xanh, chiết xuất dầu vừng đen, chiết polyphenol từ chè xanh, loaị bỏ cholesterol trong thực phẩm, loại alcol trong đồ uống, chiết xuất phẩm màu, chiết xuất các hoạt chất chống oxy hóa, chiết xuất tinh dầu,

hương liệu từ thực vật sử dụng trong mỹ phẩm, thực phẩm…

- Không còn ở thể lỏng nhưng độ tan tương

tự như một chất lỏng (do nhiệt độ cao)

khả năng khuếch tán và độ nhớt gần với

chất khí

(chiết xuất được cạn kiệt hoạt chất )

Khi ở trạng thái này CO2 có đặc tính:

Dung môi thông dụng nhất: Dioxytcarbon CO2 ( không phân cực ) điểm

Khi ở trạng thái này CO2 có đặc tính:

- Hòa tan tốt các chất không phân cực,các chất phân cực kém.

- Hòa tan ít chlorophyl, sáp, carotenoid.

mất mùi vị của caffein, hiệu suất cao từ 97-99 % và ko để lại cặn bã.

Đặc điểm chiết tách của ScCO2

- CO2 có điểm tới hạn thấp (gần với nhiệt độ phòng, áp suất thấp)

Các hoạt chất ít bị oxy hoá hay phân huỷ bởi nhiệt độ và oxy hoà tan

- Vần đề thiết kế hệ thống chiết xuất đảm bảo đủ áp lực siêu tới hạn cũng

dễ dàng hơn

Khả năng ứng dụng cho quy mô sản xuất công nghiệp cũng thuận lợi.

Ưu điểm của SC-CO2 trong chiết xuất hoạt chất tự nhiên