bài tiểu luận môn các hoạt chất sinh học đề tài chiết rút caretonid từ quả gấc

Giới thiệu Carotenoid là một dạng sắc tố hữu cơ có tự nhiên trong thực vật và các loài sinh vật quang hợp khác như là tảo, một vài loài nấm và một vài loài vi khuẩn.. Carotenoid không p

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP THỰC PHẨM TP.HCM

KHOA CÔNG NGHỆ SINH HỌC

VÀ KỸ THUẬT MÔI TRƯỜNG

LỚP 13CDSH1

BÀI TIỂU LUẬN

MÔN: CÁC HOẠT CHẤT SINH HỌC

GVHD: Lê Thị Thúy

Sinh viên thực hiện:

1 Trương Ngọc Như Ý 3008130028

2 Trần Thị Kim Yến 3008130020

3 Lê Thị Hạnh Quyên 3008130034

4 Lê Thúy Quyên 3008130002

ĐỀ TÀI

ii

MỤC LỤC

Lời mở đầu i

A.CARONTENOID 1

1 Giới thiệu 1

2 Hàm lượng 2

3 Tính chất 2

3.1 Tính chất vật lý 2

3.1.1 Tính hấp thụ ánh sáng 2

3.1.2 Nhiệt độ nóng chảy 2

3.1.3 Tính tan 2

3.1.4 Màu sắc 3

3.2 Tính chất hóa học 3

4 Chức năng sinh học của carotenoid: 3

4.1 Tiền vitamin A 3

4.2 Tăng khả năng miễn dịch: 4

B.CHIẾT RÚT 4

1.1.3 Tinh chế carotenoid 6

1.2 Những lưu ý khi tiến hành 7

C QUẢ GẤC 8

1 Đặc điểm 8

2 Thành phần hóa học 8

3 Ứng dụng 8

3.1 Các bài thuốc dân gian 8

3.2 Ứng dụng làm thực phẩm chức năng 9

TÀI LIỆU THAM KHẢO 10

i

i

Lời mở đầu

Trái gấc đã từ lâu được dùng rộng rãi ở nước ta, trong ẩm thực dân gian như xôi gấc, và trong y học Ngày nay, qua nhiều cuộc nghiên cứu, người ta

đã phát hiện ra trong gấc có chứa một lượng lớn các chất có tính sinh học cao như β-Caroten, Lycopen, Vitamin E(Alphatocopherol), rất nhiều chất béo thực vật như Oleic, Linoleic; Stearic, Palmatic Được ứng dụng chống oxy hoá, phòng chống ung thư, làm đẹp, tăng cường sức đề kháng cũng như nhiều công dụng khác mặc dù bằng chứng khoa học còn ít Phần sử dụng làm thực phẩm hay dược liệu của trái gấc chủ yếu là phần màng có màu đỏ sậm bao quanh hạt gấc Phần thịt quả này chứa chủ yếu là lycopen và carotenoid cho màu đỏ đặc trưng và cũng là phần được sử dụng để ly trích dầu gấc

Trong tiểu luận này, nhóm xin nêu lên những tìm hiểu về carotenoid, cách chiết rút từ quả gấc và các ứng dụng của chúng đối với thực tiễn

1

A.CARONTENOID

1 Giới thiệu

Carotenoid là một dạng sắc tố hữu cơ có tự nhiên trong thực vật và các loài sinh vật quang hợp khác như là tảo, một vài loài nấm và một vài loài vi khuẩn Hiện nay người ta đã tìm được 600 loại carotenoid, sắp xếp theo hai nhóm, xantophills và carotene

Carotenoid là những sắc tố vàng, da cam hoặc đỏ được phân bố rộng rãi trong động, thực vật

Khác với cây cỏ, con người không thể tự tổng hợp ra carotenoid mà sử dụng carotenoid từ việc ăn thực vật nhằm bảo vệ bản thân mình Carotenoid giúp chống lại các tác nhân oxy hóa từ bên ngoài

Thiên nhiên có đến khoảng 600 loại carotenoid khác nhau, trong đó có 50 loại carotenoid hiện diện trong thực phẩm Thế nhưng trong máu của người

có khoảng 15 loại được tìm thấy và chúng đang được chứng minh là đóng vai trò quan trọng đối với đời sống con người

Carotenoid giữ vai trò vật lọc sáng cho Chloropyl vừa có thể là vật che chở cho enzim của tế bào Một số carotenoid góp phần quan trọng cho quá trình hoạt động của các cơ quan thị giác

Carotenoid không phải là tên riêng của một chất nào mà là tên của một nhóm các hợp chất có công thức cấu tạo tương tự nhau và tác dụng bảo vệ cơ thể cũng tương tự nhau Carotenoid khá quen thuộc với chúng ta là bêta-caroten hay còn gọi là tiền chất của vitamin A Trong những năm gần đây người ta còn nói nhiều đến các carotenoid khác như lycopen, lutein và zeaxanthin,

Công thức cấu tạo carotenoid

2

2 Hàm lượng

Thông thường ở thực vật lượng caroten phụ thuộc vào màu của nó Rau và

xà lách mày xanh nhạt chứa ít caroten hơn rau màu xanh sẫm Người ta đã xác định được rằng ở các mô của thực vật xanh giàu clorophyl thì đồng thời hàm lượng caroten cũng cao các sản phẩm giàu caroten hơn cả là gấc, ớt, cà rốt, bí đỏ, hành lá khi đưa vào cơ thể động vật, caroten chuyển thành vitamin A nhờ các hệ enzim đặc trưng Điều đó được chứng minh rõ ràng nhờ các thí nghiệm tiến hành trên động vật

Hàm lượng caroten ở thực vật biến đổi theo từng bộ phận và theo mùa, vì vậy, việc nghiên cứu sự tích lũy caroten ở thực vật có ý nghĩa quan trọng trong việc đảm bảo vitamin A cho người cũng như các động vật chăn nuôi

3 Tính chất

3.1 Tính chất vật lý

Carotenoid kết tinh ở dạng tinh thể Tinh thể carotenoid có nhiều dạng và kích thước khác nhau

Ví dụ: hình kim dài (lycopen, ô-caroten), hình khối lăng trụ đa diện (a-caroten), dạng lá hình thoi (P-(a-caroten), kết tinh vô định hình (y-caroten)

3.1.1 Tính hấp thụ ánh sáng

Chuỗi polyene liên hợp đặc trưng cho màu thấy được của carotenoid Dựa vào quang phổ hấp thụ của carotenoid, người ta thấy rằng khả năng hấp thụ ánh sáng phụ thuộc vào số lượng nối đôi liên hợp, phụ thuộc vào nhóm C9 là mạch thẳng hay mạch vòng, cũng như vào nhóm chức gắn trên vòng

Ngoài ra mỗi dung môi hòa tan khác nhau, khả năng hấp thụ ánh sáng tối đa cũng khác nhau đối với cùng một loại carotenoid

Do khả năng hấp thụ ánh sáng mạnh nên chỉ cần 1g carotenoid cũng có thể thấy bằng mắt thường

3.1.2 Nhiệt độ nóng chảy

Nhiệt độ nóng chảy của carotenoid khá cao, khoảng 130-2200

C

3.1.3 Tính tan

Carotenoid tan trong các dung môi hoàn toàn không giống nhau Hầu như các carotenoid đều tan trong chất béo, tan tốt trong dung môi chứa chlor và các dung môi không phân cực khác ngoại trừ 3 loại:

3

- Bixin tan trong nước nhờ các nhóm carboxyl

- Astasanthin tan trong nước nhờ các nhóm keto enol

- Crocin tan trong nước nhờ tạo liên kết glycoside

3.1.4 Màu sắc

Các carotenoid tựdo tạo màu kem, vàng, cam, hồng, đỏ tùy theo loại carotenoid, thể mang màu, nguồn nguyên liệu trồng, thời tiết Một số hợp chất không có màu nhưng vẫn được xếpvào loại carotenoid Dạng carotenoprotein tạo dãy màu từ xanh lá, tím, xanh dương, và đen khi đun nóng sẽ chuyển sang màu đỏ do protein bị biến tính

3.2 Tính chất hóa học

Ở pH trung tính và kiềm, nhiệt độ sẽ phá hủy dễ dàng các loại vitamin trong

đó có vitamin A và carotenoid Ánh sáng cũng làm tăng nhanh quá trình oxy hóa vitamin A

Tính chất hóa học của carotenoids cũng do hệ thống nối đôi liên hợp tạo nên

Hệ thống nối đôi này làm cho carotenoids không bền, tức là:

+ Làm tăng sự nhạy cảm với quá trình oxy hóa bởi kim loại hoặc peroxide,

sự bổ sung H+

và acid Lewis + Tăng sự đồng phân hóa bởi ánh sáng, nhiệt độ và hóa chất

Caroten rất bền khi ở dạng huyền phù hoặc dung dịch với dầu thực vật, đặc biệt khi có chất chống oxy hóa là vitamin E

4 Chức năng sinh học của carotenoid:

4.1 Tiền vitamin A

Một số carotenoid có vai trò tiền vitamin A: là những chất thuộc họ carotenoid mà có khả năng cắt giữa mạch C40 và chuyển hóa thành 1 hay 2 phân tử vitamin A Trong cơ thể, người ta đã khám phá ra được có khoảng

70 loại carotenoid là tiền vitamin A

4

4.2 Tăng khả năng miễn dịch

Carotenoid có những đặc tính kích thích miễn dịch rất cao do đó nhiều năm qua các caroten đã được các nhà nghiên cứu sử dụng trong điều trị AIDS

C CHIẾT RÚT

Theo phương pháp thông thường

Gần đây, các loại máy móc và thiết bị công nghệ thực đã đạt được những kết tuyệt vời trong việc cô lập, đồng nhất hóa và tinh chế các sắc tố tự nhiên trong đó có cả carotenoid Các sắc tố này vừa mang giá trị dinh dưỡng vùa được ứng dụng trong sản xuất thuốc nhuộm và có khả năng tăng cường sức

đề kháng cho cơ thể Trong bài viết này mô tả cách trích ly, cô lập và tinh chế carotenoid một cách thực tiễn từ nguyên liệu thực vật Phương pháp này được thực hiện chủ yếu đựa trên những nguyên liệu tự nhiên có chứa carotenoid và mức độ trích xuất phụ thuộc vào tính phân cực và độ hòa tan của dung môi đem sử dụng Ngoài ra, để thực hiện chỉ cần những thiết bị thí nghiệm và dung môi thông thường sẵn có

5

1.1 Phương pháp ly trích, cô lập và tinh chế carotenoid

1.1.1 Nguyên liệu

Ban đầu là sự ly trích carotenoid trong mẫu đã được khử nước Mẫu tiếp tục được xà phòng hóa để bắt đầu cô lập hỗn hợp carotenoid Trong suốt quá trình xà phòng hóa các este được thủy phân và các sắc tố tự do được giải phóng Sau đó tiếp tục việc phân lập carotenoid bằng phương pháp sắc kí cột, đây là phương pháp đơn giản và nhanh nhất để tách rời ba nhóm

carotenoid dựa vào sự khác nhau về tính phân cực

Nguyên liệu:

Nguyên liệu thực vật được khử nước

Chất trích ly: hexane/acetone 1:1(v/v) hoặc hexane

Dịch xà phòng hóa: 40% (w/v) KOH / methanol (làm lạnh ở nhiệt độ

phòng)

Dung dịch tách muối: 10% (w/v) Na2SO4 Na2SO4 khan (dạng bột)

Chất hấp phụ

Chất rửa giải carotene: 4% (v/v) acetone /hexane

Chất rửa giải sắc tố monohydroxy(MHP): 1:9 (v/v) acetone/hexane

Chất rửa giải sắc tố dihydroxy(DHP): 1:8 (v/v) acetone/hexane

Bình trích ly 500 ml

Máy trộn trục chống nổ

Giấy lọc whatman no.42

Thiết bị bốc hơi quay đi kèm máy bom chân không

Bể nước 56°C

Phễu tách chiết 125 ml

Len thủy tinh

Hệ thống lọc chân không

Cột sắc kí 600 × 40–mm

Bình lọc 1 lít

1.1.2 Ly trích carotenoid

1.1.2.1 Giới thiệu

Ly trích (chiết) là phương pháp dung một dung môi (đơn hay hỗn hợp) để tách lấy một chất hay một nhóm các chất từ hỗn hợp cần nghiên cứu Trường hợp thường gặp nhất là sự chiết hoạt chất từ dung dịch nước vào dung môi hữu cơ Dung môi có tỷ trọng nhỏ hơn sẽ ở lớp trên như: eter, benzene, các hyđrocacbua,… dung môi có tỷ trọng lớp hơn sẽ ở lớp dưới như: chloroform, tetracloriccacbon, đicloetan,… khi trộn lẫn 2 pha nước và dung

6

môi hữu cơ với nhau pha này có thể khuếch tán một ít sang pha kia nhưng về

cơ bản một pha vẫn là nước và pha kia vẫn là dung môi hữu cơ Khi lắc 2 pha lại với nhau, thể tích 2 pha khi lắc không bằng đúng như thể tích trước khi lắc Tuy nhiên để cho đơn giản, giả thiết rằng thể tích của pha là không đổi khi lắc Ly trích nhằm mục đích điều chế hay phân tích

- Ở đây chúng ta dùng dung môi hexane (hoặc hexane/acetone) để ly trích các sắc tố carotenoid

1.1.2.2 Cách tiến hành

1 Nguyên liệu được khử nước tại bình trích ly 500 ml

2 Thêm vào ba lần thể tích dung dịch trích ly (hexane/acetone 1:1(v/v) hoặc hexane) sau đó trộn đều trong vòng 15 phút bằng “máy trộn trục chống nổ” để huyền phù dung dịch Chú ý: không được gia nhiệt

3 Kết hợp hệ thống lọc chân không với giấy lọc Whatman để lọc dung dịch và thu hồi dịch lọc

4 Phần dịch được lọc này loại các chất bẩn bằng giấy lọc có thể trích ly thêm lần nữa bằng cách thêm vào 2 lần thể tích chất chất ly vào bã vừa được lọc, tiến hành lọc cho đến khi quan sát không thấy rõ được màu của phần dịch chiết

5 Phần dịch chiết được cô đặc khoảng 40ml bằng Thiết bị bốc hơi quay

đi kèm máy bơm chân không tại nhiệt độ ≤55°C

6 Thêm vào 3ml dung dịch xà phòng hóa và khuấy đều khoảng 45 phút tại 56°C

7 Chuyển phần dịch chiết đã được xà phòng hóa sang phễu chiết 125ml

và thêm vào đó một lượng dung dich khử muối bằng thể tích của dịch chiết

8 Phần đáy còn lại được rửa sạch bằng nước để lấy được một cách tối đa dịch chiết

9 thêm vào 3 g Na2SO4 sau đó tiến hành lọc bằng giấy lọc whatman và cất giữ phần dịch lọc

1.1.3 Tinh chế carotenoid

- Công đoạn kết tinh carotenoid là một bước để tinh chế carotenoid Thông

thường thì thường xảy ra hiện tượng đồng kết tinh Khi tiến hành kết tinh với một cấu tử không phân cực, α- and β-carotene có thể đồng kết tinh còn với cấu

tử phân cực sẽ kết tinh lutein-zeaxanthin Nhưng vẫn có thể thu nhận được carotenoid tinh khiết bằng phương pháp sắc kí TLC và HPLC

Nguyên liệu:

+ Chất rửa giải các carotenoid đã được cô lập

+ Dung môi làm kết tủa: 1:1 (v/v) hexane/acetone hoặc hexane (ở nhiệt độ

7

phòng hoặc lạnh hơn)

+ Bình 50 hoặc 125 ml

+ Thiết bị bay hơi kèm với bơm chân không

+ Một bình khí Nito có thể lắp vào thiết bị bay hơi

+ Giấy lọc Whatman số 42

+ Lò chân không

- Cho carotenoid đã được cô lập vào bình dung tích 50ml( hoặc 125ml) và cho chất rửa giải cô đặc vào thiết bị bốc hơi có gắn kèm bơm chân không đến khi gần đến trạng thái bão hòa Ở dưới là dòng khí Nito từ bình khí Nitơ

- Thêm từng giọt chất tạo tủa cho tới khi bắt đầu xuất hiện vẩn đục, bắt đầu kết tủa

- Làm lạnh (0° to 5°C) dung dịch này và đặt trong bóng tối

- Tiến hành lọc kết tinh bằng phương pháp lọc chân không sử dụng giấy lọc whatman, rửa kết tinh

- Làm khô kế1 tinh bằng lò chân không tại nhiệt độ 40°C, thỉnh thoảng phun vào trong buồng làm khô khí Nitơ

- Những kết tinh được bao gói lại (kèm theo khí Nitơ, thời gian bảo quản dưới

6 tháng tại nhiệt độ −20°C

1.2 Những lưu ý khi tiến hành

- Việc tách chiết sắc tố carotenoid là một điều khó khăn vì cần phải tránh sự tiếp xúc với ánh sáng, oxi, và nhiệt đô cao Do đó cần phải tiến hành trong điều kiện ánh sáng mờ mờ và phải bảo quản sản phẩm trung gian trong bóng tối Nếu có thể thì tiến hành trong điều kiện chân không hoặc trong môi trường khí trơ Tránh để mẫu tiếp xúc với nhiệt độ cao, nên làm lạnh mẫu khi tiến hành bị gián đoạn

- Mẫu cần phải được khử nước trước khi tiến hành trích xuất Bởi vì dư nước

sẽ làm hạn chế sư trích xuất carotenoid Việc sử dụng các chất lỏng để trích xuất cũng rất quan trọng và phụ thuộc vào loại carotenoid cần kiếm Sử dụng hỗn hợp hexane/acetone làm chất lỏng trích xuất rất thuận tiện vì nó cũng được sử dụng trong quá trình kết tinh

- Một khi carotenoid đã được trích ly và cô lập, chúng có xu hướng không bền vững, khi các chất chống oxi hóa tự nhiên và các chất bảo vệ bị lấy đi -

Có thể thêm vào một chất chống oxi hóa THPQ, hỗn hợp tocopheron ) để tăng tính bền vững của carotenoid Sự hiện diện của kim loại và chất diệp lục cũng ảnh hưởng đến tính ổn định của sắc tố, nhưng vấn đề này đã được giải quyết nhờ dung dịch tách muối

- Sự khử muối có thể tạo ra các chất kết tủa, có thể loại bỏ được bằng phương pháp lọc và rửa lại cặn lọc bằng chất dùng trích ly để thu hồi triệt để

8

- Khi mẫu đi qua cột sắc kí, thì sắc tố được phân lập bằng một hỗn hợp dung môi (hexane/acetone) Hỗn hợp này được sử dụng cho việc tạo tinh thể sau khi làm bão hòa bằng quá trình bốc hơi

C QUẢ GẤC

1 Đặc điểm

Gấc là loài cây thân thảo dây leo thuộc chi mướp đắng Đây là một loại cây đơn tính khác gốc, tức là có cây cái và cây đực riêng biệt Cây gấc leo khỏe, chiều dài có thể mọc đến 15 mét Thân dây có tiết diện góc Lá gấc nhẵn, thùy hình chân vịt phân ra từ 3 đến 5 dẻ, dài 8-18 cm Hoa có hai loại: hoa cái và hoa đực Cả hai có cánh hoa sắc vàng nhạt Quả hình tròn, màu lá cây, khi chín chuyển sang màu đỏ cam, đường kính 15–20 cm Vỏ gấc có gai rậm Bổ ra mỗi quả thường có sáu múi Thịt gấc màu đỏ cam Hạt gấc màu nâu thẫm, hình dẹp, có khía Gấc trổ hoa mùa hè sang mùa thu, đến mùa đông mới chín Mỗi năm gấc chỉ thu hoạch được một mùa Do vụ thu hoạch tương đối ngắn (vào khoảng tháng 12 hay tháng 1), nên gấc ít phổ biến hơn các loại quả khác

Gấc giàu các chất carotenoid và lycopen

2 Thành phần hóa học

Nghiên cứu hiện đại cho biết trong nhân hạt gấc có 55,3% chất lipít (béo), 16,6% chất protit (đạm), 1,8% tanin, 2,8% xenluloza, 6% nước, 2,9% chất

vô cơ, 2,9% đường, 11,7% chất khoáng… Ngoài ra còn có một lượng nhỏ các men photphotoba, invedaxa…

3 Ứng dụng

3.1 Các bài thuốc dân gian

*Trong nhân dân, nhiều gia đình có thói quen để dành hạt gấc sống hoặc đã qua đồ xôi Khi cần đến thì chặt đôi đem mài với ít rượu hoặc giấm thanh để bôi chỗ sưng tấy do mụn nhọt, sưng quai bị; bôi nhiều lần trong ngày, cứ khô lại bôi; rất mau khỏi Có người giã nhân hạt gấc với một ít rượu, đắp lên chỗ vú sưng, đắp liên tục, ngày thay thuốc 1 lần, rất chóng khỏi

*Để chữa trĩ, có thể dùng hạt gấc giã nát, thêm một ít giấm thanh, gói bằng vải, đắp vào hậu môn để suốt đêm Mỗi đêm đắp thuốc một lần